矿井底板承压含水层注浆截留封堵效果评价方法及系统与流程

1.本发明涉及矿井堵水技术领域，具体来说是一种矿井底板承压含水层注浆截留封堵效果评价方法及系统。


背景技术：

2.目前，矿井上对于承压水突水防治主要采用注浆止水或者截流的方法，该类方法在实际应用中已被证明是具有实际止水效果的，且该类方法不仅具有成本低的优点，还具有操作简单的特点，因此在矿井止水与堵水等方面上应用十分普遍。然而，在市场上却很少有评价矿井止水截流封堵效果的有效方法与手段，基本上只能通过监测涌水量变化来评价止水效果，该类方法存在以下两个较大问题。第一，如果在错判突水水源的前提下，对于堵漏材料止水效果的客观评价会存在错误判断；第二，如果突水水源有多个且并未完全查明的情况下，进行止水或堵水处理之后效果不佳甚至恶化，常常会出现对封堵方法及材料实际封堵效果评价的错误判断。如果这些问题不能及时解决，轻则会拖慢矿井计划采掘进度，重则会因对于止水效果的错误评价而发生重大突水矿难，严重危及矿井的财产与人身安全。
3.同位素作为示踪剂，近几年在井下应用较为广泛。
4.如申请号为cn202010022357.5”公开了一种“运用同位素示踪岩体导水通道的超前动态预报方法”，其核心内容是在隧道掘进前方施行先导钻孔形成测井，通过测定测井内同位素流向、含量来确定导水通道；
5.对比文件“cn2015103872266”公开了“一种基于同位素标识的覆岩裂隙导通性探测方法”,其核心内容是通过添加同位素标识物实现对覆岩中不同含水层水的有效标识，通过对比各含水层及工作面排水中标识同位素的千分偏差值确定各含水层的水是否导入工作面，进而判断覆岩导水裂隙性。
6.对比文件“cn202010022357.5”与“cn2015103872266”的核心内容相近，即以示踪剂探测破坏岩体分布下的裂隙导水性，同时探测不同含水层与目标工作面的连通性，但是不能表征注浆过程所诱发的水流动态变化。
7.申请号为“cn201910781395.6”公开了“一种基于示踪技术的煤矿断层破碎带注浆加固方法”，其核心内容是在巷道掘进过程中，利用前序注浆孔布置放置单一示踪剂，随着进一步掘进扰动断层围岩破坏，根据钻孔排出岩渣的放射性强弱得到断层裂隙分布、选择注浆材料，结合钻孔取芯探测示踪剂集中分布而实施强化注浆。其核心内容以示踪剂探测裂隙分布、裂隙发育位置及空间强度，基于此在掘进巷内实施有效注浆加固作业。
8.对比文件“cn201910781395.6”所涉及的方法是在巷道掘进过程中、预防断层活化的条件下适用，且开展的是针对破碎断层带的加固方法，而加固与堵水的作用机理具有本质区别，与底板突水的注浆截流具有本质性区别。同时该专利的实施方法是以人为钻孔注水过程水流驱动单一示踪剂在裂缝内的流动扩散范围为根本支撑理论，无法判别不同层位的岩层破裂状况，更无法对注浆堵水过程中水流动态变化的表征。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题在于针对目前无法准确判断突水水源、不能完全查明突水水源数量，导致止水或堵水效果不佳的问题，提供一种矿井底板承压含水层注浆截留封堵效果评价方法及系统。
10.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
11.矿井底板承压含水层注浆截留封堵效果评价方法，包括以下步骤：
12.步骤一：注浆处理前，在涌水口处利用岩体裂隙或节理向即将处理突水源承压含水层5内注入混有a同位素的水，并在涌水口处测定流出水里的同位素含量，记为p％；同时向底板内其他水源内注入混有其他类型同位素bi的水，如在涌水口测出含有除a外的同位素，立即测定其含量，分别记为qi％，i＝1～n,，n为正整数；
13.步骤二：注浆过程中，每隔设定时间检测一次涌水口处涌水中各类同位素的含量，直至注浆完成稳定后停止检测，a同位素平均含量记为g％,其他同位素平均含量分别记为xi％，根据p％、g％、xi％之间的关系分析止水效果；
14.步骤三：注浆完成待稳定后，在涌水口处获取流出的涌水，检测各种同位素的含量,a同位素含量记为h％,其他同位素含量分别记为yi％，根据h％、yi％与p％、qi％之间的关系分析封堵效果。
15.本发明利用岩体裂隙或节理向矿井巷内各含水层注入经各种不同同位素标记的水，最终通过涌水口涌水中不同同位素比例情况，对承压含水层堵水效果进行客观评价；还能通过持续监控涌水中各同位素比例变化，探明其他未查明的潜在突水水源，便捷有效地为客观综合评价止水效果提供依据，实现了对高压危险突水注浆处理效果的快速反应评价，从而进一步指导对涌水处水源的准确截流；客观有效地评价矿井突水治理后的实际止水效果，为矿井快速处理底板突水事故提供技术指导。便捷高效且精准地评价矿井巷内涌水口突水处理后截流封堵效果，将为地下矿井巷内的突水处理节省大量监测分析时间，为矿井突水处理节省大量成本。
16.进一步的，所述步骤二的止水效果分析如下：
17.分析一：注浆过程中，若涌水口处流出的a同位素的含量逐渐降低，即g％<p％，涌水量也随即逐渐减少，则说明注浆浆液逐渐在封堵于承压水导通裂隙，注浆可继续按照原程序实施；
18.分析二：注浆过程中，若涌水口3处涌水中同位素a的含量持续逐渐增大，即g％>p％，且涌水量增大，则说明注浆效果较差，注浆压力作用增大了导水裂隙带的宽度造成涌水量的增加，需引起重视，修改或更换止水方法；
19.分析三：注浆过程中，若涌水量增大或者维持不变，涌水口处测定流出涌水中的a同位素含量逐渐降低，即g％<p％，且在涌水口处检测到其他同位素的比例增大，则说明涌水口3还有其他突水水源，并由此可以通过对应同位素找到相应突水水源；
20.分析四：注浆过程中，若注前所有已发现所有同位素的含量均降低，即g％<p％，xi％<qi％，且涌水量减少，则说明该截流封堵方法与选用封料的堵材效果更加显著，不仅封堵了预封堵承压含水层，还实现了对其他未查明突水水源的封堵效果；
21.分析五：若注浆前在涌水口处并未检测到其他同位素含量，即qi％＝0，但注浆过程中涌水量维持稳定或者增大，且检测到其他同位素含量即xi％>0，则注浆过程引发了多
个其他水源的导通，证明该种止水方法失效。
22.进一步的，所述步骤三中封堵效果分析如下：
23.分析一：注浆完成稳定后，若检测流出的a同位素含量不变，即h％＝p％，则未对该承压含水层实现有效的封堵；
24.分析二：注浆完成稳定后，若测定流出的a同位素含量逐渐降低，即h％<p％，且涌水量降低，涌水量符合矿井安全生产要求，则说明该截流封堵方法与选用封料实现了对该承压含水层的封堵；
25.分析三：注浆完成稳定后，若检测到其他同位素含量yi％>xi％，在xi％＝0的情况下：注浆引发了多个其他水源的导通涌水，在xi％>0的情况下：注浆增大了其他水源导通涌水，两者均表示注浆产生了不良后果，未实现对矿井涌水的有效封堵，需进一步制定其他水源的注浆措施。
26.与上述方法对应的，本发明还提供一种矿井底板承压含水层注浆截留封堵效果评价系统，包括：
27.注浆处理前处理模块，用以在涌水口处利用岩体裂隙或节理向即将处理突水源承压含水层5内注入混有a同位素的水，并在涌水口处测定流出水里的同位素含量，记为p％；同时向底板内其他水源内注入混有其他类型同位素bi的水，如在涌水口测出含有除a外的同位素，立即测定其含量，分别记为qi％，i＝1～n,，n为正整数；
28.注浆过程中处理模块，用以每隔设定时间检测一次涌水口处涌水中各类同位素的含量，直至注浆完成稳定后停止检测，a同位素平均含量记为g％,其他同位素平均含量分别记为xi％，根据p％、g％、xi％之间的关系分析止水效果；
29.注浆完成待稳定后处理模块，用以在涌水口处获取流出的涌水，检测各种同位素的含量,a同位素含量记为h％,其他同位素含量分别记为yi％，根据h％、yi％与p％、qi％之间的关系分析封堵效果。
30.进一步的，所述注浆过程中处理模块中止水效果分析如下：
31.分析一：注浆过程中，若涌水口处流出的a同位素的含量逐渐降低，即g％<p％，涌水量也随即逐渐减少，则说明注浆浆液逐渐在封堵于承压水导通裂隙，注浆可继续按照原程序实施；
32.分析二：注浆过程中，若涌水口3处涌水中同位素a的含量持续逐渐增大，即g％>p％，且涌水量增大，则说明注浆效果较差，注浆压力作用增大了导水裂隙带的宽度造成涌水量的增加，需引起重视，修改或更换止水方法；
33.分析三：注浆过程中，若涌水量增大或者维持不变，涌水口处测定流出涌水中的a同位素含量逐渐降低，即g％<p％，且在涌水口处检测到其他同位素的比例增大，则说明涌水口3还有其他突水水源，并由此可以通过对应同位素找到相应突水水源；
34.分析四：注浆过程中，若注前所有已发现所有同位素的含量均降低，即g％<p％，xi％<qi％，且涌水量减少，则说明该截流封堵方法与选用封料的堵材效果更加显著，不仅封堵了预封堵承压含水层，还实现了对其他未查明突水水源的封堵效果；
35.分析五：若注浆前在涌水口处并未检测到其他同位素含量即qi％＝0，但注浆过程中涌水量维持稳定或者增大，且检测到其他同位素含量即xi％>0，则注浆过程引发了多个其他水源的导通，证明该种止水方法失效。
36.进一步的，所述注浆完成待稳定后处理模块中封堵效果分析如下：
37.分析一：注浆完成稳定后，若检测流出的a同位素含量不变，即h％＝p％，则未对该承压含水层实现有效的封堵；
38.分析二：注浆完成稳定后，若测定流出的a同位素含量逐渐降低，即h％<p％，且涌水量降低，涌水量符合矿井安全生产要求，则说明该截流封堵方法与选用封料实现了对该承压含水层的封堵；
39.分析三：注浆完成稳定后，若检测到其他同位素含量yi％>xi％，在xi％＝0的情况下：注浆引发了多个其他水源的导通涌水，在xi％>0的情况下：注浆增大了其他水源导通涌水，两者均表示注浆产生了不良后果，未实现对矿井涌水的有效封堵，需进一步制定其他水源的注浆措施。
40.本发明还提供一种处理设备，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述的方法。
41.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述的方法。
42.本发明的优点在于：
43.本发明利用岩体裂隙或节理向矿井巷内各含水层注入经各种不同同位素标记的水，最终通过涌水口涌水中不同同位素比例情况，对承压含水层堵水效果进行客观评价；还能通过持续监控涌水中各同位素比例变化，探明其他未查明的潜在突水水源，便捷有效地为客观综合评价止水效果提供依据，实现了对高压危险突水注浆处理效果的快速反应评价，从而进一步指导对涌水处水源的准确截流；客观有效地评价矿井突水治理后的实际止水效果，为矿井快速处理底板突水事故提供技术指导。便捷高效且精准地评价矿井巷内涌水口突水处理后截流封堵效果，将为地下矿井巷内的突水处理节省大量监测分析时间，为矿井突水处理节省大量成本。本方法在矿井上推广应用后，将为快速处理突水事故方法提供技术指导，避免矿井更多不必要的经济损失与人员伤亡，具有成本低、操作便捷、效果显著等优点，为注浆封堵效果的准确性提供了保证，有利于堵水截流的高效率实施，适用于矿井突水注浆止水效果的分析评价。
44.本发明是在实施注浆堵水作业中，针对已知的突水水源、潜在的突水水源进行归类分析，并以注浆可能诱发的潜在突水水源劈裂贯通理论、动态注浆过程导致的水流减小理论为基础，即不同来源的水流量变化是评价注浆截流效果的关键。以区别的主次同位素动态占比分布评价不同阶段内注浆堵水及其诱发的负面效果
‑
诱导其他突水水源，进而根据动态水所反映的注浆截流效果来评价、指导注浆工序。
附图说明
45.图1为本发明实施例中矿井底板承压含水层注浆截留封堵效果评价方法的流程框图；
46.图2为本发明实施例中矿井底板承压含水层注浆截留封堵效果评价示意图。
47.附图标记说明：1、矿井顶板2、矿井底板3、涌水口4、同位素标记点5、突水源承压含水层6、其他含水层7、矿柱8、涌水同位素含量分析系统9、含同位素标记水注射设备10、其他
岩层。
具体实施方式
48.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.实施例1
50.本实施例提供一种矿井底板承压含水层注浆截留封堵效果评价方法，包括以下步骤：
51.步骤一：注浆处理前，在涌水口处利用岩体裂隙或节理向即将处理突水源承压含水层5内注入混有a同位素的水，并在涌水口处测定流出水里的同位素含量，记为p％；同时向底板内其他水源内注入混有其他类型同位素bi的水，如在涌水口测出含有除a外的同位素，立即测定其含量，分别记为qi％，i＝1～n,，n为正整数；
52.步骤二：注浆过程中，每隔设定时间检测一次涌水口处涌水中各类同位素的含量，直至注浆完成稳定后停止检测，a同位素平均含量记为g％,其他同位素平均含量分别记为xi％，根据p％、g％、xi％之间的关系分析止水效果；
53.根据步骤二获得的数据，对于止水效果分析如下：
54.分析一：注浆过程中，若涌水口处流出的a同位素的含量逐渐降低，即g％<p％，涌水量也随即逐渐减少，则说明注浆浆液逐渐在封堵于承压水导通裂隙，注浆可继续按照原程序实施；
55.分析二：注浆过程中，若涌水口3处涌水中同位素a的含量持续逐渐增大，即g％>p％，且涌水量增大，则说明注浆效果较差，注浆压力作用增大了导水裂隙带的宽度造成涌水量的增加，需引起重视，修改或更换止水方法；
56.分析三：注浆过程中，若涌水量增大或者维持不变，涌水口处测定流出涌水中的a同位素含量逐渐降低，即g％<p％，且在涌水口处检测到其他同位素的比例增大，则说明涌水口3还有其他突水水源，并由此可以通过对应同位素找到相应突水水源；
57.分析四：注浆过程中，若注前所有已发现所有同位素的含量均降低，即g％<p％，xi％<qi％，且涌水量减少，则说明该截流封堵方法与选用封料的堵材效果更加显著，不仅封堵了预封堵承压含水层，还实现了对其他未查明突水水源的封堵效果；
58.分析五：若注浆前在涌水口处并未检测到其他同位素含量(即qi％＝0)，但注浆过程中涌水量维持稳定或者增大，且检测到其他同位素含量(即xi％>0)，则注浆过程引发了多个其他水源的导通，证明该种止水方法失效。
59.步骤三：注浆完成待稳定后，在涌水口处获取流出的涌水，检测各种同位素的含量,a同位素含量记为h％,其他同位素含量分别记为yi％，根据h％、yi％与p％、qi％之间的关系分析封堵效果。
60.根据步骤三获得的数据，效果分析如下：
61.分析一：注浆完成稳定后，若检测流出的a同位素含量不变，即h％＝p％，则未对该承压含水层实现有效的封堵；
62.分析二：注浆完成稳定后，若测定流出的a同位素含量逐渐降低，即h％<p％，且涌水量降低，涌水量符合矿井安全生产要求，则说明该截流封堵方法与选用封料实现了对该承压含水层的封堵；
63.分析三：注浆完成稳定后，若检测到其他同位素含量yi％>xi％，在xi％＝0的情况下：注浆引发了多个其他水源的导通涌水，在xi％>0的情况下：注浆增大了其他水源导通涌水，两者均表示注浆产生了不良后果，未实现对矿井涌水的有效封堵，需进一步制定其他水源的注浆措施。
64.本实施例提供的方法利用岩体裂隙或节理向矿井巷内各含水层注入经各种不同同位素标记的水，最终通过涌水口涌水中不同同位素比例情况，对承压含水层堵水效果进行客观评价；还能通过持续监控涌水中各同位素比例变化，探明其他未查明的潜在突水水源，便捷有效地为客观综合评价止水效果提供依据，实现了对高压危险突水注浆处理效果的快速反应评价，从而进一步指导对涌水处水源的准确截流；客观有效地评价矿井突水治理后的实际止水效果，为矿井快速处理底板突水事故提供技术指导。便捷高效且精准地评价矿井巷内涌水口突水处理后截流封堵效果，将为地下矿井巷内的突水处理节省大量监测分析时间，为矿井突水处理节省大量成本。本方法在矿井上推广应用后，将为快速处理突水事故方法提供技术指导，避免矿井更多不必要的经济损失与人员伤亡，具有成本低、操作便捷、效果显著等优点，为注浆封堵效果的准确性提供了保证，有利于堵水截流的高效率实施，适用于矿井突水注浆止水效果的分析评价。
65.本实施例提供的方法在实施注浆堵水作业中，针对已知的突水水源、潜在的突水水源进行归类分析，并以动态注浆过程导致的水流减小理论、注浆可能诱发的潜在突水水源劈裂贯通理论为基础，即不同来源的水流量变化是评价注浆截流效果的关键，以区别的主次同位素动态占比分布评价不同阶段内注浆堵水及其诱发的负面效果
‑
诱导其他突水水源，进而根据动态水所反映的注浆截流效果来评价、指导注浆工序。
66.与上述方法对应的，本实施例还提供一种矿井底板承压含水层注浆截留封堵效果评价系统，包括：
67.注浆处理前处理模块，用以在涌水口处利用岩体裂隙或节理向即将处理突水源承压含水层5内注入混有a同位素的水，并在涌水口处测定流出水里的同位素含量，记为p％；同时向底板内其他水源内注入混有其他类型同位素bi的水，如在涌水口测出含有除a外的同位素，立即测定其含量，分别记为qi％，i＝1～n,，n为正整数；
68.注浆过程中处理模块，用以每隔设定时间检测一次涌水口处涌水中各类同位素的含量，直至注浆完成稳定后停止检测，a同位素平均含量记为g％,其他同位素平均含量分别记为xi％，根据p％、g％、xi％之间的关系分析止水效果；
69.所述注浆过程中处理模块中止水效果分析如下：
70.分析一：注浆过程中，若涌水口处流出的a同位素的含量逐渐降低，即g％<p％，涌水量也随即逐渐减少，则说明注浆浆液逐渐在封堵于承压水导通裂隙，注浆可继续按照原程序实施；
71.分析二：注浆过程中，若涌水口3处涌水中同位素a的含量持续逐渐增大，即g％>p％，且涌水量增大，则说明注浆效果较差，注浆压力作用增大了导水裂隙带的宽度造成涌水量的增加，需引起重视，修改或更换止水方法；
72.分析三：注浆过程中，若涌水量增大或者维持不变，涌水口处测定流出涌水中的a同位素含量逐渐降低，即g％<p％，且在涌水口处检测到其他同位素的比例增大，则说明涌水口3还有其他突水水源，并由此可以通过对应同位素找到相应突水水源；
73.分析四：注浆过程中，若注前所有已发现所有同位素的含量均降低，即g％<p％，xi％<qi％，且涌水量减少，则说明该截流封堵方法与选用封料的堵材效果更加显著，不仅封堵了预封堵承压含水层，还实现了对其他未查明突水水源的封堵效果；
74.分析五：若注浆前在涌水口处并未检测到其他同位素含量(即qi％＝0)，但注浆过程中涌水量维持稳定或者增大，且检测到其他同位素含量(即xi％>0)，则注浆过程引发了多个其他水源的导通，证明该种止水方法失效。
75.注浆完成待稳定后处理模块，用以在涌水口处获取流出的涌水，检测各种同位素的含量,a同位素含量记为h％,其他同位素含量分别记为yi％，根据h％、yi％与p％、qi％之间的关系分析封堵效果。
76.注浆完成待稳定后处理模块中封堵效果分析如下：
77.分析一：注浆完成稳定后，若检测流出的a同位素含量不变，即h％＝p％，则未对该承压含水层实现有效的封堵；
78.分析二：注浆完成稳定后，若测定流出的a同位素含量逐渐降低，即h％<p％，且涌水量降低，涌水量符合矿井安全生产要求，则说明该截流封堵方法与选用封料实现了对该承压含水层的封堵；
79.分析三：注浆完成稳定后，若检测到其他同位素含量yi％>xi％，在xi％＝0的情况下：注浆引发了多个其他水源的导通涌水，在xi％>0的情况下：注浆增大了其他水源导通涌水，两者均表示注浆产生了不良后果，未实现对矿井涌水的有效封堵，需进一步制定其他水源的注浆措施。实施例2
80.本实施好了还提供一种处理设备，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如实施例1所述的方法。
81.实施例3
82.本实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如实施例1所述的方法。
83.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。