地层动态回注水防治井壁破裂的方法

                                  技术领域

本发明涉及地层动态回注水防治井壁破裂的方法，尤其适用于矿山建设工程中立井井筒的治理与预防，防治深厚表土层中由于开采活动引起井壁的破裂。

                                  背景技术

近年来，华东地区相继发生了厚表土层中竖井井壁发生破裂灾害，严重威胁到矿井工作的正常进行。多年来，通过国内有关研究机构的大力工作，对立井井筒井壁破裂原因和防治工作的研究取得了一定的成绩。为防止立井井壁发生破裂，可采用的技术路线有：①“抗”，即通过提高井壁材料的强度，加大井壁厚度来增强井壁承载能力，承受水平和竖直荷载的共同作用；②“让”，改变井壁结构使其竖向可缩，以适应土层下沉变化；③“减”，对含水层进行充填加固，减少以至消除土层压缩，从而减小竖直附加力，达到井壁安全的目的。根据这一技术路线，目前采用的比较普遍和成熟的方法是井壁破壁注浆、地面注浆加固含水层等，但根据实际治理情况发现，上述办法虽然在注浆帷幕内含水层在开采活动中产生的压缩量大大减少，但注浆帷幕外的土层由于含水层失水还会发生沉降，对井壁还是产生了很大的竖直附加力。所以治标不治本，采矿活动仍然存在隐患。

                                      发明内容

发明目的：鉴于已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种地层动态回注水防治井壁破裂的方法，通过对含水层回注水，对井壁产生反向附加力，以此减少井壁所受竖直附加力，保证井壁受力在安全的设计范围内，确保井下工作安全和矿井稳产高产。

技术方案：本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：对矿井进行实地勘测，得出主要疏排水层分布情况，在矿井井筒周围至少布置一个注水井，注水井钻进方向与矿井井壁方向一致，钻进深度穿过厚表土层、隔水层，进入关键含水层，然后以水作为媒介，从地面对含水层进行注水，以此减少并恢复含水层的水压降，降低甚至消除井壁受到的竖直附加力，保证井壁受力在安全设计范围内，注水过程配合井壁附加应变监测系统同时进行，以附加应变变化作为动态调整注水井压力和注水量的标准。注水井的个数和布置方式、总注水量、距井筒的距离及注水井深度，根据对井筒地质、水位地质和工程实际以及井壁破损情况和井壁附加力大小确定，初始注水压力根据含水层实际水压降确定。

有益效果：本发明地层动态回注水防治井壁破裂的方法，当井壁在竖直附加力作用下产生变形或破坏前，在地面进行布置注水井，对关键含水层进行回注水，减少含水层水压降至恢复含水层的水压，将竖直附加力对井壁的影响降到最低，解决了由于开采引起的井壁破裂问题。经物理试验效果良好，对土层进行疏水和注水模拟的结果表明，疏水导致土体压缩，井筒受竖直附加力的作用，并发生沉降；注水后，土体变形部分恢复，且井筒所受附加力减少，甚至消除，可保矿井的正常生产。施工时可以利用采煤活动中排出的水进行回注，属“绿色”施工方法，不污染地下水，造价低，有良好的发展前景，并具有广泛的实用性。

                                附图说明

图1是本发明地层动态回注水井布置示意图。

图2是本发明地层动态回注水井俯视示意图。

图中：1-注水井  2-厚表土层  3-隔水层  4-含水层  5-隔水层  6-井壁  7-井筒

                              具体实施方式

下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明地层动态回注水防治井壁破裂的方法，首先对井筒7进行实地勘测，得出主要地层分布情况依次为：厚表土层2、隔水层3、含水层4、岩石隔水层5，对井壁破损情况和井壁附加力进行分析后，设计出总的注水量、注水井1布置的个数和方式、注水井1距井筒7的距离及注水井1钻进的深度，初始注水医力根据含水层4的实际水压降确定，实际水压降是由于开采引起的含水层水压力差，可采用孔隙水压力传感器测量。注水过程中采用井壁附加应变监测系统仪器，同时进行监测，以附加应变变化作为动态调整各注水井压力和注水量的标准。该监测系统主要由应变传感器、通讯电缆、数据采集仪组成，所测量的附加应变是一个相对值，即以埋入传感器后一段时间为初始条件，以后所测应变减去这个初始值，得到附加应变。传感器按设计埋设于井壁6内，当某处附加应变发生突变，说明该处受附加应力过大，可能导致井壁受力超过设计范围，致使井壁破裂，那么采用回注水的方法，消除这部分增大的附加应力，确保井筒受力在安全设计范围。附图所示：确定需要在矿井井筒7周围设置四个注水井1，呈前后左右布置，注水井1距井筒7的距离约为3倍井筒半径，注水井1钻进方向与矿井井壁6方向一致，钻进深度穿过厚表土层2、隔水层3，进入关键含水层4，深度约为120米，含水层4下是隔水层5，隔水层5下是岩层，在地面设置配套注水设备和应变监测系统，对含水层4进行回注水，总注水量根据含水层4实际水压降确定，通过注水减少含水层水压降，恢复含水层的水压，降低甚至消除井壁受到的竖直附加力，从而保证井壁受力在安全设计范围内。