[發明專利]一種隔水殼再造方法

無效

• 申請號: 201210562196.4
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103032083A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 鄧紅衛;周科平;胡振襄;雷濤;朱哲;賈明;吳彥林;肖雄;高峰;楊念哥;胡建華;李杰林
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: E21D11/38
• 分類號: E21D11/38
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種礦山安全領域的隔水殼再造方法。

背景技術

對于大水巖溶礦體開采，采取有效的地下水防治方案顯得尤其重要。傳統的疏干排水為主的防治水方案，由于在開采過程中，疏干了大量的地下水，使得礦區地下水位下降，形成大范圍的降落漏斗，容易造成地表塌陷，形成一系列的地質災害，不僅增加礦山排水負擔，致使礦床無法高效連續開采，而且容易引發工農矛盾。如仍采取預留護頂礦，以10m×10m網度向含水頂板施工水平法向注漿孔的防治水方案，則不僅浪費大量礦產資源（采出的礦量僅占剩余礦量的三分之一左右），而且存在突水淹井的威脅。若只在頂板含水層中進行隔水關鍵層注漿加固，忽略側向巖體或者底板巖體的巖溶突水情況，礦山生產安全仍然無法得到保障。因此，如何進行安全、高效開采而又不引發地表塌陷、地下水位下降等地質災害，是大水巖溶礦體開采需要面臨的一個大問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種既能安全、高效開采而又不引發地表塌陷、地下水位下降地質災害的隔水殼再造方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供的隔水殼再造方法，依據已有地質資料和實地地質勘測結果，確定各開采中段礦體周圍的含水巖層分布情況，在含水層中進行隔水殼再造，在礦體周圍形成一個連續的防水的堅固外殼，保證礦體安全開采，結合含水層中巖石力學特性，依據力學原理計算隔水殼所需的厚度，這個厚度包括無效厚度和有效厚度兩部分，利用數字模擬軟件模擬礦體在礦石開采活動下，隔水殼的應力大小、塑性區分布、沉降大小和孔隙水壓力大小，以判斷其是否會發生破壞和突水事故；工程施工中在礦體周圍含水層中打探測孔，使用精確的探測儀器確定頂板含水層的節理裂隙的分布，在中段勘探線附近的含水層中施工一條聯絡巷道，在聯絡巷道靠近裂隙處施工與礦體走向平行的鉆注硐室，在聯絡巷道和鉆注硐室中布置注漿孔，進行加密注漿和孔間CT透視，確保施工的質量和堵水效果。

所述的隔水殼為人工再造體，其位置是依據礦體周圍的含水層分布而確定，在頂板圍巖、底板圍巖或者側幫圍巖。

所述的隔水殼再造是使用TRT6000、地質雷達先探測出含水層節理裂隙分布情況，對含水層中的節理裂隙經行注漿堵水，把礦體周圍巖石連成一個完整的隔水殼體。

在布置探測孔時，鉆孔方向大致平行礦體走向，鉆孔均為傾角5度近水平鉆孔，相鄰兩孔大致平行，鉆孔開孔口徑150mm，鉆進4m后，采用注漿辦法埋設孔口管，安裝好高壓閥門放突水應急措施，變徑91mm繼續鉆進，遇涌水點及破碎帶均用注漿辦法通過，要求達到注漿結束標準，直到終孔。

依據礦體賦存條件和礦床開采設計，利用Fl?a?c3d進行數值模擬，計算各開采步驟下的應力、塑性區分布和沉降情況，依據結果來判斷隔水殼是否會發生破壞和突水事故，進而考慮是否進行隔水殼厚度調整。

所述的注漿孔的漿液擴散半徑取值為5米，注漿孔孔底間距不超過10米，孔深為巷道或鉆注硐室與含水層裂隙之間的距離。

在注漿孔的布孔方式上有四種可供選擇：從狀孔、下行縱向孔、上行縱向孔和近水平法向孔。四種布孔方式各具特點，根據實際情況靈活運用，達到經濟有效的目的。

具體實施步驟如下：

(1)、收集地質資料和進行工程區域的地質勘測，確定各開采中段周圍巖體中含水層分布狀況，隔水殼將布置在這些含水層中；

(2)、依據礦體與含水層的相對位置和采礦設計參數建立力學模型，結合邊界條件、Mo?hr-Ca?lomb破壞準則和裂隙巖體位移計算公式計算隔水殼的無效厚度；采用彈性力學薄板理論，依據H-Tresca屈服準則計算隔水殼的有效厚度，將無效厚度與有效厚度相加即可獲得隔水殼的厚度；

(3)、依據礦體賦存條件和礦床開采設計，利用Flac3d進行數值模擬，計算各開采步驟下的應力、塑性區分布和沉降情況，依據結果來判斷隔水殼是否會發生破壞和頂板突水事故，進而考慮是否進行頂板厚度調整；

(4)、在礦體周圍含水層中打探測孔，使用TRT6000和地質雷達探測儀器，確定含水層中的溶洞、裂隙分布情況，依據含水層中的溶洞、裂隙分布確定聯絡巷道和注漿硐室的布置方案；

(5)、在中段勘探線含水層中施工一條聯絡巷道，在聯絡巷道靠近溶洞或裂隙的位置施工鉆注硐室，硐室方向基本平行礦體走向；

(6)、依據工程實際情況，選擇合適布孔方式，在聯絡巷道和注漿硐室中布置注漿孔并進行加密注漿；

(7)、在相鄰探測孔，利用孔底錨頭分別安裝CT透視的發射極和接收極對兩孔間的巖溶裂隙進行探測最終通過八個測試剖面，來監測工程施工質量和注漿堵水效果。