鉆孔注漿漿液空間擴散范圍及路徑描述方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤礦作業區域鉆孔注漿漿液擴散范圍監測方法技術領域，尤其涉及一種鉆孔注漿漿液空間擴散范圍及路徑描述方法。
【背景技術】
[0002]鉆孔注漿漿液擴散范圍描述，是預防和避免煤礦重特大突水事故、確保突水快速注漿治理的一項重要技術。常規技術包括物探、鉆探、示蹤試驗、連通試驗等技術。物探技術受地表地形條件、井下巷道條件影響較大;鉆探成本高、控制范圍小;各種水文地質試驗，工程浩大、操作復雜，需要很多輔助條件，而且上述技術均不能實現注漿過程全空間、實時、連續監測評價，容易漏掉關鍵技術信息。微震監測技術是近年來發展起來的一種新的物探技術，通過在煤礦井下提前埋設的高靈敏度檢波器監測、接收巖石破裂產生的微小震動信號，采用專業軟件將這些信息解碼為有效的微震信號，對這些微震事件發生的時間、位置、頻度、密度、能量等進行分析，可解決一系列地質、水文地質問題。
[0003]本申請人在2015.09.30申報的專利為基于人工注液的地下水流場描述方法(公開號:CN105137488A)，該方法通過鉆孔注液(水和水泥漿)，對地下水流場實施人工干擾，打破地下水流場原有平衡，高壓水及水泥漿在含水層原有裂隙內產生沖擴、劈裂、破巖等作用，人工誘發一系列微震事件發生，監測、分析這些微震事件的時空變化規律，可以確定地下水強徑流帶位置及含水層儲水結構形態、漿液擴散范圍等，為預防和避免煤礦突水事故發生及突水事故的快速治理、水資源保護提供依據。但是對于更進一步地準確確定鉆孔注漿漿液空間擴散范圍及路徑、含水層導水通道、突水口位置等信息，未作深入闡述。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種鉆孔注漿漿液空間擴散范圍及路徑描述方法，該方法可以準確確定鉆孔注漿漿液空間擴散范圍及路徑、含水層導水通道、突水口位置等信息，為預防和避免煤礦突水事故發生及突水事故的快速治理提供依據。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:一種鉆孔注漿漿液空間擴散范圍及路徑描述方法，其特征在于包括如下步驟:
1)確定注漿鉆孔位置，以注漿鉆孔在目標主含水層內終孔點為中心，利用井下巷道構建井下微震監測系統；
2)通過注漿鉆孔對目標礦區含水層實施人工注漿，注入過程分為四個階段，注漿初期:采用水灰比濃度為1: 0.3-0.4的純水泥漿，注入壓力控制在1.0-1.1MPa，注漿量大，控制在總用漿量的40%-45%;注漿中期:采用水灰比濃度為1: 0.45-1:0.55的純水泥漿，注入壓力控制在1.1-1.2MPa，注漿量基本穩定，控制在總用漿量的30%-35%;注漿后期:采用水灰比濃度為1: 0.6-1:0.8的純水泥漿，注入壓力控制在2.4-3.1MPa，注漿量大幅減少，控制在總用漿量的15%-20%;注漿結束期:采用水泥漿加水玻璃雙液漿灌注，水玻璃和水泥漿的比例控制在1:7-9，水泥漿的水灰比濃度為1: 1.25，漿液快速凝固。
[0006]3)通過注漿，漿液進入含水層裂隙內，產生驅水、劈裂、破巖作用，人工誘發微震事件，觀測不同注漿階段漿液擴散形成的微震事件空間分布情況。
[0007]進一步的技術方案在于:構建井下微震監測系統的方法是根據井下巷道條件，采用全包圍方式布置微震檢波器，檢波器埋設深度要求大于巷道松動圈，相鄰檢波器水平間距控制在150m以內、同一巷道檢波器不能分布在一條直線上、鉛垂方向高差要求大于2m、三軸檢波器底端向下朝向重點監測區域、單軸檢波器指向要求多元化。
[0008]進一步的技術方案在于:所述的微震檢波器采用全包圍的方式，是指以注漿鉆孔在目標主含水層內終孔點為中心，沿井下已有巷道呈矩形或不規則形狀進行四周封閉式布置微震檢波器，所述微震檢波器與采集分站連接構成井下微震監測系統。
[0009]進一步的技術方案在于:所述步驟2中，當含水層厚度超過500m，根據其垂直方向巖性及含水性變化，自上而下分為淺部、中部和深部三個層段進行描述，其中淺部范圍為0-50m，中部范圍50-130m，深部范圍130m以下。
[0010]進一步的技術方案在于:所述的注漿初期，漿液順流而下，在含水層內沿地下水流向做水平運動和向深部擴散，漿液進入后，首先是在近處向深部擴散，封堵垂向導水通道，之后向遠處沿淺部和中淺部巖溶裂隙網絡擴散;在這一階段，由于含水層垂向導水通道得到封堵，鉆孔水量減小，注漿初見成效。
[0011]進一步的技術方案在于:所述的注漿中期，由于下游裂隙和垂向導水通道得到封堵，漿液溯流而上，開始向泄水口擴散，對上游含水層巖溶裂隙進行封堵。
[0012]進一步的技術方案在于:所述的注漿后期，漿液擴散范圍收窄，微震事件主要集中在泄水口附近，大部分巖溶裂隙得到封堵，注漿效果進一步顯現。
[0013]進一步的技術方案在于:所述的注漿結束期，漿液中加入以水玻璃為主的速凝劑快速凝固，漿液擴散形成的微震事件集中在一個較小范圍內，且與含水層上部煤系地層微震事件范圍重合，指示突水口位置。
[0014]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本發明是針對鉆孔注漿漿液空間擴散范圍及路徑進行描述，其描述方法是通過鉆孔注漿(純水泥漿和加入速凝劑的水泥漿)，高壓漿液在含水層原有裂隙內產生沖擴、劈裂、破巖等作用，人工誘發一系列微震事件發生，監測、分析這些微震事件的時空變化規律，可以確定注漿漿液擴散范圍、路徑及含水層儲水結構形態、集中導水通道、突水口位置等，為預防和避免煤礦突水事故發生及突水事故的快速治理、注漿工程效果評價、水資源保護提供技術依據。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明中井下微震檢波器全包圍式布置圖；
圖2是本發明中注漿初期微震事件空間分布圖；
圖3是本發明中注漿中期微震事件空間分布圖；
圖4是本發明中注漿后期微震事件空間分布圖；
圖5是本發明中注漿結束期微震事件空間分布圖；
圖6是本發明中注漿過程中微震事件空間分布剖面圖；
圖7是本發明中注漿過程與含水層中微震事件關系圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0017]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0018]根據附圖1可知，本發明具體涉及一種鉆孔注漿漿液空間擴散范圍及路徑描述方法，包括如下步驟:
I)根據礦區條件及工作需要，確定注漿鉆孔位置，注漿鉆孔可以為地面鉆孔或井下鉆孔，為水平孔、鉛直孔或斜孔；以注漿鉆孔在目標主含水層內終孔點為中心，利用井下巷道構建井下微震監測系統。
[0019]具體的，構建井下微震監測系統的方法如下:根據井下巷道條件，采用全包圍方式布置微震檢波器，檢波器埋設深度要求大于巷道松動圈，相鄰檢波器水平間距控制在150m以內，同一巷道檢波器不能分布在一條直線上，鉛垂方向高差要求大于2m，三軸檢波器底端向下朝向重點監測區域，可以精確監測三個方向的波動與時間的關系，單軸檢波器指向要求多元化，用于非重點區域的邊緣位置波動檢測。
[0020]更進一步的，請參考圖1，微震檢波器采用全包圍的方式是指以注漿鉆孔在目標主含水層內終孔點為中心，沿井下已有巷道呈矩形或不規則形狀進行四周封閉式布