[发明专利]地下水化学特征人工改性促进含水层修复的保水方法

权利要求书

1.一种地下水化学特征人工改性促进含水层修复的保水方法，其特征在于：当出现井下涌水情况，根据导水裂隙带高度范围内是否存在含水层决定是否需要施工化学改性剂回灌钻孔，若需要则在采区边界和中部对应地表施工化学改性剂回灌钻孔，根据采动破坏含水层储水的化学特征选择合适的化学改性剂从化学改性剂回灌钻孔回灌，利用回灌至含水层中的化学改性剂与地下水阴阳离子化学反应生成的易吸附在岩石矿物表面的沉淀物，对含水层岩体中孔隙/裂隙进行封堵，达到煤矿区地下水资源保护和含水层原位修复的目的；

其特征在于具体步骤如下：

a．当出现井下涌水情况，根据覆岩导水裂隙带高度和地质钻孔柱状判断地层含水层受采动破坏的采煤区域，若导水裂隙带高度范围内存在含水层，则对应区域导水裂隙带已沟通含水层，需要布置相应的化学改性剂回灌钻孔；若导水裂隙带高度范围内不存在含水层，则无需施工化学改性剂回灌钻孔；

b．针对导水裂隙带高度范围内存在含水层的区域，在对应地表进行化学改性剂回灌钻孔的施工，根据具体导水裂隙带顶界面与含水层顶界面的相对位置选择化学改性剂回灌钻孔的施工类型及其布置方式；

c．根据采动破坏含水层储水的化学特征，选择合适的化学改性剂，通过化学改性剂回灌钻孔注入含水层，灌注压力应大于含水层水压与化学改性剂回灌钻孔深度对应水头压力之差，以确保化学改性剂能注入含水层中；若采动破坏含水层储水为碱性水，则化学改性剂为利用含Fe²⁺或Fe³⁺的化学试剂与弱酸水配置成的富铁水溶液；若采动破坏含水层储水为高硬度水，则化学改性剂为利用含CO₃^2-的化学试剂与去离子水配置成的水溶液；若采动破坏含水层储水为酸性水，除了需要用含Fe²⁺或Fe³⁺的化学试剂与弱酸水配置成富铁水溶液作为化学改性剂进行回灌外，同时还需要在采区边界外侧增设含氧水回灌钻孔，并将充分曝气后的水通过该含氧水回灌钻注入含水层中；

d．在化学改性剂回灌过程中，化学改性剂与地下水中的阴阳离子反应生成沉淀物，如Fe(OH)₃或CaCO₃，这些沉淀物极易吸附在岩石中的各类矿物表面，从而对含水层岩体中存在的孔隙/裂隙进行有效封堵，并避免被地下水流冲蚀；

e. 实时监测井下涌水量变化情况，并间隔1-2周对井下涌水的化学特征进行测试；若发现井下涌水量显著降低或井下涌水中出现大量化学改性剂成分，则减小化学改性剂的回灌量，否则，进行化学改性剂的持续灌注，直至井下涌水停止。

2.根据权利要求1所述的地下水化学特征人工改性促进含水层修复的保水方法，其特征在于：所述化学改性剂回灌钻孔包括水平定向钻孔和垂直钻孔，水平定向钻孔布置在采区边界外侧附近并成组布置，垂直钻孔从地面向含水层离层施工。

3.根据权利要求2所述的地下水化学特征人工改性促进含水层修复的保水方法，其特征在于：当导水裂隙带顶界面位于含水层顶界面以下，且导水裂隙带顶界面最高点距含水层顶界面距离大于20-30m，则使用地面水平定向钻孔施工方式在采区边界外侧附近成组布置水平定向钻孔，并在采区中部对应地表施工垂直钻孔；所述采区边界外侧附近的成组水平定向钻孔在垂直剖面上成45°角布置，最高位钻孔位于导水裂隙带顶界面最高点以上20-30m并对应于采区边界位置，以此水平定向钻孔位置按照45°角斜向下延展布置其它水平定向钻孔，直至达到含水层底界面；每组水平定向钻孔间距15-20m；所述垂直钻孔布置于采区中部，若采区走向或倾向长度超过1000m，则沿走向或倾向间隔1000m布置一个垂直钻孔，垂直钻孔终孔位置位于导水裂隙带顶界面以上20-30m，且从地表直至含水层顶界面以下10m范围内垂直钻孔均采用套管护孔。