一种高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法与流程

本发明涉及矿山水害监测与治理，尤其涉及一种高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法。

背景技术：

1、随着锰矿开采向深部延伸，巷道和采场可能揭露含水断层、岩溶裂隙、采动导水裂隙或者旧采空区积水通道。深部高地应力使导水裂隙的开闭状态随水压和采动扰动变化，突水通道常表现出位置隐伏、连通范围动态变化以及同一通道不同孔段响应差异明显等特点。

2、高海拔矿区的大气压力低且日变化幅度可能占浅部监测表压的较大比例。不同监测孔若直接比较表压，容易把大气压力变化和监测段高程差误判为含水层压力变化。低温还会延长水泥基浆液凝胶时间并改变浆液黏度；若沿用常温配比，浆液在动水中可能被带离目标封堵带。

3、现有治理通常先排水、再注浆，监测系统、排水系统和注浆系统分别运行。排水阶段多以总涌水量或单孔水位作为控制量，难以判断多个孔段是否属于同一导水通道；注浆启动时点又多由经验确定，不能确认通道中的动水能否受控。由此可能在水压尚高时注浆，导致浆液冲失、封隔器失稳或者裂隙被再次张开。

4、部分治理方法通过增大注浆压力或者连续投放骨料克服动水，但在深部高应力岩体中，过高注浆压力可能改变原有裂隙网络，使浆液进入非目标区域；完全停止疏水后再注浆，则可能造成开挖侧水压快速回升，缩短施工安全窗口。

5、此外，常见注浆效果评价通常只比较封堵前后的总涌水量，不能定位残余导水段。当局部封堵失败时，往往重新开启全部排水孔并对大范围注浆，容易破坏已经形成的帷幕并增加治理周期。

6、因此，需要一种将孔段级水力连通识别、分级疏水、转换窗口判定、保压条件下的分序注浆以及分段验收使用同一监测数据贯通起来的治理方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，以解决现有技术中监测、疏水和注浆相互割裂，难以识别动态导水通道、难以选择安全注浆时点以及局部失败后无法精准补浆的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案。

3、一种高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，包括：

4、在突水点与推定水源侧之间布置分段监测孔、疏水孔、边界注浆孔、核心注浆孔和验收孔，将分段监测孔、疏水孔及验收孔的目标孔段通过封隔器划分为多个独立监测段；同步获取各监测段的绝对水压、疏水流量、水温和电导率，并获取矿区大气压力及目标孔段邻近岩体的扰动数据。

5、对不同疏水孔依次执行启闭时刻或者流量阶次互不相同的脉冲疏水试验，根据各监测段相对于每一疏水孔的水头响应时延、水头降幅和关阀回升次序建立分段水力连通图，将具有相同响应次序且在空间上连续的监测段划分为同一治理单元，并在治理单元内确定水源侧、封堵带和开挖侧。

6、针对每一治理单元，由开挖侧向水源侧分级开启相应疏水孔，在保持水源侧至开挖侧水力梯度方向不反转且目标孔段邻近岩体扰动不超过预设限值的条件下逐级降低开挖侧水头；每完成一级疏水，暂时关闭相应疏水孔并记录各监测段的水头回升过程。

7、当开挖侧水头、水头衰减速率、关阀回升比和扰动数据同时满足预设转换条件，并且各监测段的响应次序在连续至少两个疏水—关阀周期内保持一致时，确定治理单元进入疏水—注浆转换窗口。

8、在疏水—注浆转换窗口内，使位于封堵带开挖侧的至少一个疏水孔保持可调开度以形成保压疏水通道，先通过边界注浆孔对治理单元的周向边界分段注浆，形成边界约束帷幕；在边界浆体达到预设凝胶强度后逐级收小保压疏水通道的开度，并通过核心注浆孔对由边界约束帷幕限定的核心导水通道分序注浆。

9、浆体养护后分级关闭疏水孔，并根据验收孔及分段监测孔的水头回升、残余涌水量和扰动数据进行治理效果复核；复核不合格时，根据分段水力连通图确定异常监测段及与其连通的疏水孔和注浆孔，重新开启相应疏水孔并对异常监测段实施局部补浆。

10、优选地，各监测孔、疏水孔和验收孔均采用绝对压力传感器，地面或者井口布置独立大气压力基准站；水温和电导率用于修正水体密度并识别不同来源水体，避免高海拔大气压力变化及不同孔段高程差对连通判断造成干扰。

11、优选地，扰动数据包括微震事件率、声发射事件率、孔壁径向变形量和围岩应变中的至少一种。疏水期间扰动数据用于约束疏水级别，注浆期间扰动数据用于防止浆压诱发既有裂隙重启或者新裂隙扩展。

12、优选地，脉冲疏水试验采用互不相同的开度排列或者持续时间作为疏水孔编码，使多个疏水孔对同一监测段产生可区分的水头响应；由响应时延、降幅和回升次序共同确定连通关系，避免仅凭单次水位降深产生多解。

13、优选地，边界注浆采用由底界和两侧边界至顶界的顺序，核心注浆采用由水源侧至通道收缩部再至开挖侧的顺序；保压疏水通道贯穿边界注浆阶段，并在边界浆体达到凝胶强度后才逐级收小。

14、优选地，第k个注浆段的注浆压力上限取裂隙重启压力乘安全系数、封隔器及孔口管密封压力和注浆设备允许工作压力三者中的最小值。

15、本发明具有以下有益效果。

16、1、本发明通过具有可区分启闭编码的脉冲疏水试验，将不同监测孔的连续水压数据转换为孔段级水力连通关系，能够区分位于同一几何断层但水力上不连通的孔段，并将治理对象由模糊的突水区域缩小为具有稳定响应次序的治理单元。

17、2、本发明将开挖侧水头、衰减速率、关阀回升比、响应次序稳定性和岩体扰动共同作为疏水—注浆转换条件，使转换窗口既反映动水能量是否降低，又反映通道结构是否趋于稳定。

18、3、本发明在边界注浆阶段保留可控背压的疏水通道，使开挖侧水压不发生突然回升；在边界约束帷幕形成后再收小疏水开度并封堵核心通道，能够减少浆液被大流量动水冲走，同时限制浆液向非目标裂隙扩散。

19、4、本发明以现场裂隙重启压力限定注浆压力，并由微震、声发射或者孔壁变形对疏水和注浆过程进行共同约束，适应深部锰矿高地应力条件，降低疏水诱发塌落和高压注浆劈裂扩展的风险。

20、5、本发明使用绝对水压与同步大气压力进行修正，并按现场最低孔内温度开展浆液同温试验，能够适应高海拔低气压、低温条件。

1.一种高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于，所述孔的布置包括：

3.根据权利要求1所述的高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于，将各监测段的绝对水压换算为同一基准高程下的修正水头，所述修正水头按照以下公式确定：

4.根据权利要求1所述的高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于，所述脉冲疏水试验包括：

5.根据权利要求1所述的高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于，所述分级疏水包括：

6.根据权利要求1所述的高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于，所述预设转换条件包括：

7.根据权利要求1所述的高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于，所述分段注浆包括：

8.根据权利要求7所述的高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于，第k个注浆段的注浆压力上限按照以下公式确定：

10.根据权利要求1所述的高海拔深部锰矿突水一体化监测疏水封堵治理方法，其特征在于，所述治理效果复核包括：