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CN111305320A - 矿井水处理方法 - Google Patents

矿井水处理方法 Download PDF

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CN111305320A
CN111305320A CN202010117432.6A CN202010117432A CN111305320A CN 111305320 A CN111305320 A CN 111305320A CN 202010117432 A CN202010117432 A CN 202010117432A CN 111305320 A CN111305320 A CN 111305320A
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China
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recharge
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朱开成
晏嘉
肖雄飞
杜金龙
赵岳
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    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
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    • E03B3/32—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water with artificial enrichment, e.g. by adding water from a pond or a river
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  • Hydrology & Water Resources (AREA)
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

本发明涉及矿井水处理领域，提供矿井水处理方法。该矿井水处理方法包括步骤：在地面选择位置，钻设探查孔，并终孔于回灌目标层；通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层的可注水性；确定回灌目标层具有可注水性，在地面且位于所述探查孔附近的位置，开设注水孔；通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层。本发明能够实现可持续将矿井水注入到深部的回灌目标层中，实现矿井水安全、有效、低耗的无害化处理。

Description

矿井水处理方法
技术领域
本发明涉及矿井水处理技术领域，尤其涉及矿井水处理方法。
背景技术
传统矿井水处理利用方法是将矿井水由井下水仓排出，通过地面上的调节池以及各种处理构筑物处理，达到复用水质要求后，部分在地面利用。此外还有其他矿井水处理技术，主要包括：采空区处理矿井水技术；矿井水井下处理系统技术；高矿化度矿井水反渗透技术等。
但是以上处理方法均存在基建投资大、矿井水提升运行费用高、矿井水净化费用高、占地面积大、处理能力差等缺点。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种矿井水处理方法，以为煤矿提供了一种安全、有效、运行费用低的矿井水治理技术。
根据本发明实施例的一种矿井水处理方法，包括如下步骤：
在地面选择位置，钻设探查孔，并终孔于回灌目标层；
通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层的可注水性；
确定回灌目标层具有可注水性，在地面且位于所述探查孔附近的位置，开设注水孔；
通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层。
根据本发明的一个实施例，所述钻设探查孔的步骤包括：在地面表层选取位置后，向回灌目标层方向开钻，钻穿风积砂层形成表层开孔，并在表层开孔内下入与地面平齐的螺旋套管；
沿螺旋套管向基岩层开钻，形成第一开孔，并在第一开孔内下入与地面平齐的第一套管；
沿第一套管向下开钻，钻至回灌目标层停钻，形成第二开孔，并在第二开孔内下入与地面平齐的第二套管；
沿回灌目标层继续向下开钻设定距离完钻，形成第三开孔，并在第三开孔内下入与地面平齐的滤水套管。
根据本发明的一个实施例，所述通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层的可注水性的步骤，包括：对回灌目标层进行结构及强度测试、孔隙结构特征、及砂砾岩含水层的富水性、透水性测试，并获取与回灌目标层上部含水层的水力联系情况的参数进行综合分析，确定回灌目标层的可注水性。
根据本发明的一个实施例，所述通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层的可注水性的步骤，还包括：通过持续性压水试验，确定回灌目标层的可注水性，并同时获取回灌条件下回灌目标层流场演化、渗透性扩展方面的相关数据。
根据本发明的一个实施例，所述开设注水孔的步骤，包括：位于探查孔的附近，在地面选取若干相隔设定间距的位置开设注水孔，所述注水孔的开孔位置、终孔位置和钻孔结构与所述探查孔相同。
根据本发明的一个实施例，所述通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层的步骤，包括：将矿井水抽至地面以上进行初步过滤后，再通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层。
根据本发明的一个实施例，通过泵将矿井水抽至地面以上以及通过泵将矿井水回灌至回灌目标层，其中，泵流量≥100m3/h。
根据本发明的一个实施例，所述沿螺旋套管向基岩层开钻，形成第一开孔的步骤，具体包括：沿螺旋套管向基岩层开钻的距离不小于5米，形成第一开孔；
所述沿回灌目标层继续向下开钻设定距离完钻，形成第三开孔的步骤，具体包括：沿回灌目标层继续向下开钻20米完钻，形成第三开孔；
所述滤水套管周壁设有过滤孔。
根据本发明的一个实施例，选取粗碎屑岩层作为回灌目标层；
在地面与回灌目标层之间存在隔水层。
根据本发明的一个实施例，所述回灌目标层距离地面深度大于1000米。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
本发明实施例的一种矿井水处理方法，采用在地面选择位置，钻设探查孔，并终孔于回灌目标层；通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层的可注水性；确定回灌目标层具有可注水性，在地面且位于所述探查孔附近的位置，开设注水孔；通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层。矿井水在注入后方可有效扩散，因此可持续将矿井水注入到深部的回灌目标层中，实现矿井水安全、有效、低耗的无害化处理。对矿井水的处理因地制宜，可节约土地、节省投资，节能、运行费用低，具有良好的经济效益和环境效益。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例矿井水处理方法的流程图；
图2是本发明实施例探查孔的截面剖视示意图。
附图标记：
1、地面；2、煤层；3、回灌目标层；4、滤水套管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
需要说明的是，图1是本发明实施例矿井水处理方法的流程图；图2是本发明实施例探查孔的截面剖视示意图。
如图1并结合图2所示，本发明实施例提供的一种矿井水处理方法，包括如下步骤：
S1、在工作区地面1选择合适位置，钻设用于注水的探查孔，并终孔(即终止)于回灌目标层3；
S2、通过探查孔进行岩芯及水样取样进行分析，并根据取样分析结果确定回灌目标层3的可注水性；
S3、若确定回灌目标层3具有可注水性，则在地面1且位于所述探查孔附近的位置，开设注水孔；
S4、通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层3。
本发明实施例的矿井水处理方法，矿井水在注入后方可有效扩散，因此可持续将矿井水注入到深部的回灌目标层3中，实现矿井水安全、有效、低耗的无害化处理。对矿井水的处理因地制宜，可节约土地、节省投资，节能、运行费用低，具有良好的经济效益和环境效益。
需要说明的是，若经过分析回灌目标层3不具有可注水性，则重新在工作区地面1选择位置，重复步骤S1至S3，直至获得具有可注水性的回灌目标层3，以新的探查孔重新确定注水孔的位置。
如图2所示，根据本发明的一个具体实施例，所述钻设探查孔的步骤包括：由于钻孔结构既要满足可操作性，又要兼顾高强度、持续性压水的要求，建议钻孔结构满足：在地面1表层选取位置后，向回灌目标层3方向开钻，钻穿风积砂层形成表层开孔，并在表层开孔内下入与地面1平齐的螺旋套管，一个具体实施例采用Φ660mm的钻头钻穿风积砂层，下入Φ630mm的螺旋套管,螺旋套管的上端与地面1平齐，下端与表层开孔的底面抵接；
沿螺旋套管向基岩层开钻，形成第一开孔，并在第一开孔内下入与地面1平齐的第一套管，具体地，采用Φ444.5mm的钻头，Φ339.7mm的第一套管，钻入完整基岩层不小于5m，本实施例的第一套管的上端与地面1平齐，下端与第一开孔的底面抵接，即第一套管嵌套在螺旋套管内并延伸出螺旋套管；
沿第一套管向下开钻，钻至回灌目标层3停钻，形成第二开孔，并在第二开孔内下入与地面1平齐的第二套管，具体地，采用Φ311mm的钻头钻穿煤层2并钻至回灌目标层3停钻，采用Φ244.5mm的第二套管下至回灌目标层3的顶部，本实施例的第二套管的上端与地面1平齐，下端与第二开孔的底面即回灌目标层3的顶部抵接，即第二套管嵌套在第一套管内并延伸出第一套管；
沿回灌目标层3继续向下开钻设定距离完钻，形成第三开孔，并在第三开孔内下入与地面1平齐的滤水套管4，具体地，采用Φ215.9mm的钻头钻过回灌目标层320米完钻，下入Φ177.8mm的滤水套管4，所述滤水套管4周壁设有过滤孔，用于矿井水的扩散，扩散至回灌目标层3中。
由于煤层2距离回灌目标层3较远，不影响煤层2的日常开采，安全性高。
需要说明的是，不进行水泥固井，如果泥岩、砂岩分层明显且段长较大，可考虑用橡胶伞进行隔离。
此外，表层的螺旋套管起护壁作用，视情况下入；各级套管实际下管深度根据地层实际情况确定。探查孔全孔取芯，全部进行数字测井。
根据本发明的一个实施例，所述通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层3的可注水性的步骤，具体包括：对回灌目标层3进行结构及强度测试、孔隙结构特征、及砂砾岩含水层的富水性、透水性测试，并获取与回灌目标层3上部含水层的水力联系情况等参数进行综合分析，确定回灌目标层3的可注水性。
根据本发明的一个实施例，所述通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层3的可注水性的步骤，还包括：通过持续性压水试验也叫回灌试验，采用大流量、长延时实施回灌，确定回灌目标层3的可注水性，并同时获取回灌条件下回灌目标层3流场演化、渗透性扩展方面的相关数据。
进一步地，特做如下压水试验技术要求：
(1)泵流量要求：根据抽水试验获取的水文地质参数，水泵流量须能满足目的回灌目标层3的回灌能力(≥100m3/h)。
(2)注水孔以最大水量回灌使水位到达孔口，停止回灌，观测水位自然恢复情况，历时15天，记录压力消散过程和井内水位变化情况(若水位恢复符合稳定标准，则2～3天可提前结束)。
(3)根据(2)中计算结果所得Qmax(稳定时间内最大涌水量观测值)、q(单位涌水量)、降深、水头等水文地质参数，为寻求最佳回灌压力和回灌流量，下一步矿井水回灌试验时，可依据流量、水头和周期性的不同细分：定流量回灌，周期性停歇；定水头回灌，周期性停歇。
根据本发明的一个实施例，所述开设注水孔的步骤，包括：位于探查孔的附近，在地面1选取若干相隔设定间距的位置开设注水孔，所述注水孔的开孔位置、终孔位置和钻孔结构与所述探查孔相同，不要求取芯。通过高压泵向孔内持续注入矿井水；通过回灌目标层3流场的演化，在通畅的径排条件下，矿井水在注入后方可有效扩散，因此可持续将矿井水注入到深部回灌目的层中，实现矿井水安全、有效、低耗的无害化处理。
根据本发明的一个实施例，所述通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层3的步骤，包括：将矿井水抽至地面1以上进行初步过滤后例如通过沉淀去除大颗粒杂质，再通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层3，将矿井水回灌至回灌目标层3中，并渗透扩散至地层一下，有利于保持地下水的生态平衡。
根据本发明的一个实施例，通过泵提供动力将矿井水抽至地面1以上以及通过泵将矿井水回灌至回灌目标层3，其中，泵流量≥100m3/h。
根据本发明的一个实施例，选取粗碎屑岩层作为回灌目标层3，粗碎屑岩并具有一定的渗透性；根据环保要求，所述矿井水的回灌目标层3其水质需比矿井水差。
此外，为了避免突水，在地面1与回灌目标层3之间存在稳定、有效的隔水层。
根据本发明的一个实施例，所述回灌目标层3距离地面深度通常在1000米以下，可以在1000米～2000米，甚至可以在2000米以下，回灌深度足够深的话，对煤炭的开采以及生活用水几乎不存在影响。
本发明实施例通过准确选定回灌目标层3，将矿井水在注入回灌目标层3后方可有效扩散，因此可持续将矿井水注入到深部的回灌目标层3中，实现矿井水安全、有效、低耗的无害化处理。对矿井水的处理因地制宜，可节约土地、节省投资，节能、运行费用低，具有良好的经济效益和环境效益。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种矿井水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
在地面选择位置，钻设探查孔，并终孔于回灌目标层；
通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层的可注水性；
确定回灌目标层具有可注水性，在地面且位于所述探查孔附近的位置，开设注水孔；
通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层。
2.根据权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，所述钻设探查孔的步骤包括：在地面表层选取位置后，向回灌目标层方向开钻，钻穿风积砂层形成表层开孔，并在表层开孔内下入与地面平齐的螺旋套管；
沿螺旋套管向基岩层开钻，形成第一开孔，并在第一开孔内下入与地面平齐的第一套管；
沿第一套管向下开钻，钻至回灌目标层停钻，形成第二开孔，并在第二开孔内下入与地面平齐的第二套管；
沿回灌目标层继续向下开钻设定距离完钻，形成第三开孔，并在第三开孔内下入与地面平齐的滤水套管。
3.根据权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，所述通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层的可注水性的步骤，包括：对回灌目标层进行结构及强度测试、孔隙结构特征、及砂砾岩含水层的富水性、透水性测试，并获取与回灌目标层上部含水层的水力联系情况的参数进行综合分析，确定回灌目标层的可注水性。
4.根据权利要求3所述的矿井水处理方法，其特征在于，所述通过探查孔进行岩芯及水样取样，并根据取样分析结果确定回灌目标层的可注水性的步骤，还包括：通过持续性压水试验，确定回灌目标层的可注水性，并同时获取回灌条件下回灌目标层流场演化、渗透性扩展方面的相关数据。
5.根据权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，所述开设注水孔的步骤，包括：位于探查孔的附近，在地面选取若干相隔设定间距的位置开设注水孔，所述注水孔的开孔位置、终孔位置和钻孔结构与所述探查孔相同。
6.根据权利要求1所述的矿井水处理方法，其特征在于，所述通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层的步骤，包括：将矿井水抽至地面以上进行初步过滤后，再通过探查孔及注水孔将矿井水回灌至回灌目标层。
7.根据权利要求6所述的矿井水处理方法，其特征在于，通过泵将矿井水抽至地面以上以及通过泵将矿井水回灌至回灌目标层，其中，泵流量≥100m3/h。
8.根据权利要求2所述的矿井水处理方法，其特征在于，所述沿螺旋套管向基岩层开钻，形成第一开孔的步骤，具体包括：沿螺旋套管向基岩层开钻的距离不小于5米，形成第一开孔；
所述沿回灌目标层继续向下开钻设定距离完钻，形成第三开孔的步骤，具体包括：沿回灌目标层继续向下开钻20米完钻，形成第三开孔；
所述滤水套管周壁设有过滤孔。
9.根据权利要求1～8任一项所述的矿井水处理方法，其特征在于，选取粗碎屑岩层作为回灌目标层；
在地面与回灌目标层之间存在隔水层。
10.根据权利要求9所述的矿井水处理方法，其特征在于，所述回灌目标层距离地面深度大于1000米。
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