[发明专利]一种用于确定采空区水力连通性的示踪试验方法

说明书

本发明提供了一种用于确定采空区水力连通性的示踪试验方法，涉及采矿工程和水力测试技术领域。该方法包括：根据采空区煤层底板等高线选择注水点和出水点，并设置注水孔和出水孔的孔径、倾角和深度；配制示踪剂，并根据采空区静水压力、采空区水位高度、矸石储水系数和显著性系数等确定示踪剂的投放量；从注水孔注入示踪剂，示踪剂全部注入后，持续注入清水，打开出水孔持续排水保持注水流量大于出水流量；设定取样间隔时间，持续监测示踪剂和采空区水压变化；根据取样中的示踪剂浓度和采空区水压情况，判别采空区的水流连通性。该方法合理的确定了示踪剂的投放量，并对采空区的水力连通性进行了定量评价，为井下水库建设和污水处理提供了依据。

技术领域

本发明涉及采矿工程和水力测试技术领域，尤其时一种用于确定采空区水力连通性的示踪试验方法。

背景技术

煤炭是重要的战略能源，在干旱半干旱区生态脆弱的矿区具有明显的“富煤缺水”特征，矿区水资源供需矛盾十分尖锐。因此，在生态脆弱矿区对矿井水进行保护和利用显得尤为重要。为解决这一问题，有学者提出并应用了矿井地下水库理论与技术体系，成为该地区解决“水-煤”矛盾的重要途径，其中相邻采空区水力连通性关系到矿井水净化、存储、利用系统的科学设计，是煤矿地下水库建设过程中必不可少的环节。因此，有必要开展采空区水力连通性现场试验，为生态脆弱矿区地下水库建设提供科学依据。

现有的水力连通是测试方法多为示踪法，且示踪剂多为同位素示踪剂，然而同位素示踪剂使用要求必须是专业人员，使用专用设备，对地下水影响大，限制了其在大范围的应用。针对这个问题，现有技术包括：中国专利(CN104808258B)公开了利用糖作为示踪剂测定岩溶地下水运移路径的方法，采用葡萄糖、果糖、半乳糖等有机物作为示踪剂；然而对于矿井水特殊环境，在其流动过程中，有机物容易与其它溶质发生反应，出现变质，降低了测试结果的准确性；中国专利(CN109212254A)公开了一种利用示踪剂测定地下水运移路径的方法，采用荧光素钠作为示踪剂，该示踪剂取样要求较高，操作复杂。另外论文《化学示踪连通试验在矿井充水条件探查中的应用》(煤炭学报，2014，39(1):129-134)利用氯化钠作为示踪剂，然而示踪剂投放量根据工程类比或经验公式确定，对于煤矿采空区特殊储水空间并不适用，降低了测试结果的准确性。除此之外，以上示踪剂测试方法只有一个判别指标，可靠性相对多个指标方法低。

因此，有必要对现有示踪试验方法和技术进行改进和发展，以适应煤矿井下采空区水力连通性的准确试验测试，从而为现场工程提供准确依据。

发明内容

为了合理的确定示踪剂的投放量，对采空区的水力连通性进行了定量评价，为井下水库建设和污水处理提供指导，本发明提供了一种用于确定采空区水力连通性的示踪试验方法，具体的技术方案如下。

一种用于确定采空区水力连通性的示踪试验方法，该方法步骤包括：

S1.根据采空区煤层底板等高线选择注水点和出水点，并设置注水孔和出水孔的孔径、倾角和深度；

S2.配制示踪剂，并根据采空区静水压力、采空区水位高度、矸石储水系数和显著性系数确定示踪剂的投放量；

S3.从注水孔注入示踪剂，示踪剂全部注入后，持续注入清水，打开出水孔持续排水保持注水流量大于出水流量；

S4.设定取样间隔时间，持续监测示踪剂和采空区水压变化；

S5.根据取样中的示踪剂浓度和采空区水压情况，判别采空区的水流连通性。

优选的是，注水点处布置注水孔，出水点处布置出水孔；确定的注水点巷道层位高大于出水点的巷道层位高度。

优选的是，注水孔和出水孔的钻孔直径为90-110mm；出水孔布置在巷道采空区一侧，仰角θ₂为5°；注水孔布置在巷道内采空区一侧的肩角位置，仰角θ₁为10-15°。