[發明專利]一種用于確定采空區水力連通性的示蹤試驗方法

在審

• 申請號: 202110562281.X
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113341479A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 姚強嶺;徐強;李良紅;郭慶瑞;余波;王偉男;賈江偉;孔繁龍;張智強;劉平;陶彥名;郭紅軍
• 申請（專利權）人: 國電建投內蒙古能源有限公司;中國礦業大學
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00;E21F17/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

本發明提供了一種用于確定采空區水力連通性的示蹤試驗方法，涉及采礦工程和水力測試技術領域。該方法包括：根據采空區煤層底板等高線選擇注水點和出水點，并設置注水孔和出水孔的孔徑、傾角和深度；配制示蹤劑，并根據采空區靜水壓力、采空區水位高度、矸石儲水系數和顯著性系數等確定示蹤劑的投放量；從注水孔注入示蹤劑，示蹤劑全部注入后，持續注入清水，打開出水孔持續排水保持注水流量大于出水流量；設定取樣間隔時間，持續監測示蹤劑和采空區水壓變化；根據取樣中的示蹤劑濃度和采空區水壓情況，判別采空區的水流連通性。該方法合理的確定了示蹤劑的投放量，并對采空區的水力連通性進行了定量評價，為井下水庫建設和污水處理提供了依據。

技術領域

本發明涉及采礦工程和水力測試技術領域，尤其時一種用于確定采空區水力連通性的示蹤試驗方法。

背景技術

煤炭是重要的戰略能源，在干旱半干旱區生態脆弱的礦區具有明顯的“富煤缺水”特征，礦區水資源供需矛盾十分尖銳。因此，在生態脆弱礦區對礦井水進行保護和利用顯得尤為重要。為解決這一問題，有學者提出并應用了礦井地下水庫理論與技術體系，成為該地區解決“水-煤”矛盾的重要途徑，其中相鄰采空區水力連通性關系到礦井水凈化、存儲、利用系統的科學設計，是煤礦地下水庫建設過程中必不可少的環節。因此，有必要開展采空區水力連通性現場試驗，為生態脆弱礦區地下水庫建設提供科學依據。

現有的水力連通是測試方法多為示蹤法，且示蹤劑多為同位素示蹤劑，然而同位素示蹤劑使用要求必須是專業人員，使用專用設備，對地下水影響大，限制了其在大范圍的應用。針對這個問題，現有技術包括：中國專利(CN104808258B)公開了利用糖作為示蹤劑測定巖溶地下水運移路徑的方法，采用葡萄糖、果糖、半乳糖等有機物作為示蹤劑；然而對于礦井水特殊環境，在其流動過程中，有機物容易與其它溶質發生反應，出現變質，降低了測試結果的準確性；中國專利(CN109212254A)公開了一種利用示蹤劑測定地下水運移路徑的方法，采用熒光素鈉作為示蹤劑，該示蹤劑取樣要求較高，操作復雜。另外論文《化學示蹤連通試驗在礦井充水條件探查中的應用》(煤炭學報，2014，39(1):129-134)利用氯化鈉作為示蹤劑，然而示蹤劑投放量根據工程類比或經驗公式確定，對于煤礦采空區特殊儲水空間并不適用，降低了測試結果的準確性。除此之外，以上示蹤劑測試方法只有一個判別指標，可靠性相對多個指標方法低。

因此，有必要對現有示蹤試驗方法和技術進行改進和發展，以適應煤礦井下采空區水力連通性的準確試驗測試，從而為現場工程提供準確依據。

發明內容

為了合理的確定示蹤劑的投放量，對采空區的水力連通性進行了定量評價，為井下水庫建設和污水處理提供指導，本發明提供了一種用于確定采空區水力連通性的示蹤試驗方法，具體的技術方案如下。

一種用于確定采空區水力連通性的示蹤試驗方法，該方法步驟包括：

S1.根據采空區煤層底板等高線選擇注水點和出水點，并設置注水孔和出水孔的孔徑、傾角和深度；

S2.配制示蹤劑，并根據采空區靜水壓力、采空區水位高度、矸石儲水系數和顯著性系數確定示蹤劑的投放量；

S3.從注水孔注入示蹤劑，示蹤劑全部注入后，持續注入清水，打開出水孔持續排水保持注水流量大于出水流量；

S4.設定取樣間隔時間，持續監測示蹤劑和采空區水壓變化；

S5.根據取樣中的示蹤劑濃度和采空區水壓情況，判別采空區的水流連通性。

優選的是，注水點處布置注水孔，出水點處布置出水孔；確定的注水點巷道層位高大于出水點的巷道層位高度。

優選的是，注水孔和出水孔的鉆孔直徑為90-110mm；出水孔布置在巷道采空區一側，仰角θ₂為5°；注水孔布置在巷道內采空區一側的肩角位置，仰角θ₁為10-15°。