1.本發(fā)明涉及礦井水深井回灌相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種礦井水深井回灌方法。

背景技術(shù)：

2.煤礦開采過程中，由于特殊的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，開采層與周圍含水層水關(guān)系較為密切，造成礦井涌水量較大，這就使得必須對(duì)礦井水進(jìn)行抽出處理，抽出的水必須經(jīng)過一定的物理化學(xué)處理才能用于生產(chǎn)生活和直接排放，不僅造成成本的提高還對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，而深井回灌技術(shù)不僅能解決這些問題，還有利于形成“良性回灌”，降低地下水污染風(fēng)險(xiǎn)；

3.但是，現(xiàn)有技術(shù)的礦井水多采取處理加工后再利用甚至直接排放等方式，部分廢水進(jìn)行回收利用，用于礦山生產(chǎn)所需，但仍有大部分廢水重金屬檢測超標(biāo)，無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，此舉不僅會(huì)造成成本的過高，還會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的在于提供一種礦井水深井回灌方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的現(xiàn)有技術(shù)的礦井水多采取處理加工后再利用甚至直接排放等方式，部分廢水進(jìn)行回收利用，用于礦山生產(chǎn)所需，但仍有大部分廢水重金屬檢測超標(biāo)，無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，此舉不僅會(huì)造成成本的過高，還會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的影響的問題。

5.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種礦井水深井回灌方法，包括；步驟一：確定回灌目的層；步驟二：預(yù)計(jì)注水量；步驟三：選擇回灌井位置；步驟四：設(shè)計(jì)終孔層位和深度；步驟五：設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)；步驟六：進(jìn)行回灌井注水試驗(yàn)，確定目的層回灌能力。

6.作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟一種所確定的回灌目的層具有最小主應(yīng)力和破裂壓力低，且回灌目的層巖性純凈，以粗砂巖段孔滲條件最好，并且回灌目的層取芯裂縫相對(duì)發(fā)育段，具有較大的厚度，利于壓裂裂縫擴(kuò)展延伸。

7.作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟二中的預(yù)計(jì)注水量通過線性回歸法根據(jù)母杜柴登礦mc-1井和納林河二井nl-1井壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的對(duì)數(shù)回歸模型。

8.作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟二中的預(yù)計(jì)注水量可根據(jù)v＝πr2hφ公式估算，且v為注入介質(zhì)體積，m3；r為處理層半徑，r＝500m(3a)；h為處理層厚度，h＝69m(滲條件較好段69m)，φ為處理層孔隙度，取7.49％。

9.作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟三中回灌井位置的鉆孔軌跡距離井下巷道、硐室需要保持一定安全距離。

10.作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟四中的終孔層位一般選取滲透性較好的砂巖層。

11.作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟五中井身結(jié)構(gòu)采用三開、三級(jí)套管結(jié)構(gòu)，且井身結(jié)構(gòu)的表層需通過φ580mm鉆頭鉆穿風(fēng)積砂層，下入φ508mm螺旋套管。

12.作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟五中井身結(jié)構(gòu)的一開設(shè)置為φ445.5mm鉆頭鉆

進(jìn)入完整基巖不小于5m，下入φ339.7mm套管。

13.作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟五中井身結(jié)構(gòu)的二開設(shè)置為φ311.1mm鉆頭鉆至回灌水層砂巖頂部，下入φ244.5mm套管。

14.作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟五中井身結(jié)構(gòu)的三開設(shè)置為φ215.9鉆頭鉆進(jìn)至回灌層底部35m完鉆，下入φ177.8mm套管及圓孔式濾水管，不進(jìn)行水泥固井。

15.與現(xiàn)有技術(shù)相比：

16.1、本發(fā)明是將礦井水通過帶有套管的鉆井，選擇裂隙發(fā)育、滲透性良好的深部砂巖含水層進(jìn)行回注，減輕礦井水處理壓力，且回注不會(huì)對(duì)含礦層產(chǎn)生不良影響，并能對(duì)深部含水系統(tǒng)進(jìn)行有效補(bǔ)給，參與到新的地下水循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)地下水有效保護(hù)；

17.2、本發(fā)明有助于利用地質(zhì)屏障的隔離和封閉作用將廢棄物的處理、處置場所遠(yuǎn)離生物圈，從而達(dá)到長久安全的環(huán)保效果，降低礦井水處理成本，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；

18.3、本發(fā)明有助于將廢液置于生物圈以外，是安全的環(huán)境處置手段，是利用深層地質(zhì)環(huán)境的封閉、降解等作用，廢棄物將不參與人類和生物的物質(zhì)循環(huán)。

附圖說明

19.圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的注入壓力與注入量的關(guān)系圖示意圖；

20.圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的壓力與注入量關(guān)系圖示意圖；

21.圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的回灌水的工藝示意圖。

具體實(shí)施方式

22.下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

23.具體實(shí)施方式一，參閱圖1-3，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種礦井水深井回灌方法，包括；步驟一：確定回灌目的層；步驟二：預(yù)計(jì)注水量；步驟三：選擇回灌井位置；步驟四：設(shè)計(jì)終孔層位和深度；步驟五：設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)；步驟六：進(jìn)行回灌井注水試驗(yàn)，確定目的層回灌能力；

24.在本實(shí)施中，步驟一種所確定的回灌目的層具有最小主應(yīng)力和破裂壓力低，且回灌目的層巖性純凈，以粗砂巖段孔滲條件最好，并且回灌目的層取芯裂縫相對(duì)發(fā)育段，具有較大的厚度，利于壓裂裂縫擴(kuò)展延伸。

25.具體實(shí)施方式二，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，本發(fā)明中的回灌目的層是需要具備以下特點(diǎn)：a.最小主應(yīng)力和破裂壓力低；b.測井解釋低gr、低密度、高深淺側(cè)向差異；c.巖性純凈，以粗砂巖段孔滲條件最好；d.取芯裂縫相對(duì)發(fā)育段和e.具有較大的厚度，利于壓裂裂縫擴(kuò)展延伸。

26.在本實(shí)施中，步驟二中的預(yù)計(jì)注水量可根據(jù)v＝πr2hφ公式估算，且v為注入介質(zhì)體積，m3；r為處理層半徑，r＝500m(3a)；h為處理層厚度，h＝69m(滲條件較好段69m)，φ為處理層孔隙度，取7.49％。

27.具體實(shí)施方式四，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，本發(fā)明中的注

水量預(yù)計(jì)的線性回歸法：

28.根據(jù)母杜柴登礦mc-1井和納林河二井nl-1井壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的對(duì)數(shù)回歸模型，當(dāng)mc-1井注水量達(dá)100萬m3，相應(yīng)注水壓力8.3mpa；nl-1注水量達(dá)到80萬m3時(shí)，注水壓力為10.2mpa；注入壓力和注入量的關(guān)系具體可見圖1和圖2所示。

29.在本實(shí)施中，步驟三中回灌井位置的鉆孔軌跡距離井下巷道、硐室需要保持一定安全距離。

30.具體實(shí)施方式五，本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，本發(fā)明中回灌井位置的選擇應(yīng)具備以下三點(diǎn)要求：a.井口位于工業(yè)廣場內(nèi)，減少征地費(fèi)用；b.鉆孔軌跡距離井下巷道、硐室保持一定安全距離，避免對(duì)煤柱的破壞；c.適當(dāng)考慮供水供電便捷，減少礦井水運(yùn)輸成本。

31.在本實(shí)施中，步驟四中的終孔層位一般選取滲透性較好的砂巖層。

32.在本實(shí)施中，步驟五中井身結(jié)構(gòu)采用三開、三級(jí)套管結(jié)構(gòu)，且井身結(jié)構(gòu)的表層需通過φ580mm鉆頭鉆穿風(fēng)積砂層，下入φ508mm螺旋套管；

33.一開設(shè)置為φ445.5mm鉆頭鉆進(jìn)入完整基巖不小于5m，下入φ339.7mm套管；

34.二開設(shè)置為φ311.1mm鉆頭鉆至回灌水層砂巖頂部，下入φ244.5mm套管；

35.三開設(shè)置為φ215.9鉆頭鉆進(jìn)至回灌層底部35m完鉆，下入φ177.8mm套管及圓孔式濾水管，不進(jìn)行水泥固井。

36.本發(fā)明中設(shè)置好的回灌井的井身結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行使用前試驗(yàn)，試驗(yàn)采用大流量、長延時(shí)實(shí)施回灌，以檢驗(yàn)回灌目的層劉家溝組砂礫巖的可注性，同時(shí)獲取長時(shí)間、高強(qiáng)度回灌條件下受注含水層流場演化、滲透性擴(kuò)展等方面的相關(guān)數(shù)據(jù)。

37.a.泵流量要求：結(jié)合壓水試驗(yàn)獲取的水文地質(zhì)參數(shù)，水泵流量須能滿足回灌目的層的回灌能力。

38.b.實(shí)驗(yàn)過程：首先，進(jìn)行連續(xù)96小時(shí)的靜止水位觀測，記錄靜止水位。第一次壓力點(diǎn)注水試驗(yàn)，注水延續(xù)時(shí)間32小時(shí)，最后8小時(shí)最大壓力8.5mpa，使壓水過程處于穩(wěn)定狀態(tài)；間隔4天后，進(jìn)行第二次壓力點(diǎn)注水試驗(yàn)，延續(xù)時(shí)間25小時(shí)，最后8小時(shí)，最大壓力8.5mpa，最小壓力8.0mpa；間隔6天后，進(jìn)行第三次壓力點(diǎn)的注水試驗(yàn)，延續(xù)時(shí)間24小時(shí)，注水最后8小時(shí)注水壓力保持6-7mpa。第三次壓力點(diǎn)注水試驗(yàn)結(jié)束后，觀測孔內(nèi)壓力變化.

39.c.經(jīng)過試驗(yàn)后，測試得到的數(shù)據(jù)與注水量公式v＝πr2hφ中所計(jì)算的結(jié)果符合，則說明回灌井設(shè)計(jì)完成，若不符，則需要重新設(shè)計(jì)。

40.本發(fā)明所設(shè)置礦井水深井回灌方法是將液體廢棄物排放到隔離的地層中，使之儲(chǔ)存在地殼特定地方而不受地下水循環(huán)影響的廢水處理技術(shù)，主要通過井和其他類似傳輸系統(tǒng)將液體注入到地下多孔巖石層；地下巖石層雖然包括堅(jiān)硬的砂巖、碳酸鹽巖等巖石，但它們之間或是內(nèi)部仍然存在有明顯的孔洞或縫隙，能夠讓水和其他流體進(jìn)入或穿透；所以可將各種廢棄流體灌注到深層地下，并借助重力或泵的作用滲入巖石孔，達(dá)到灌注減少外排的目的。

41.本發(fā)明有助于將廢液置于生物圈以外，是安全的環(huán)境處置手段，是利用深層地質(zhì)環(huán)境的封閉、降解等作用，廢棄物將不參與人類和生物的物質(zhì)循環(huán)。

42.本發(fā)明有助于利用地質(zhì)屏障的隔離和封閉作用將廢棄物的處理、處置場所遠(yuǎn)離生物圈，從而達(dá)到長久安全的環(huán)保效果。

43.盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。技術(shù)特征：

1.一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：包括；步驟一：確定回灌目的層；步驟二：預(yù)計(jì)注水量；步驟三：選擇回灌井位置；步驟四：設(shè)計(jì)終孔層位和深度；步驟五：設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)；步驟六：進(jìn)行回灌井注水試驗(yàn)，確定目的層回灌能力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：所述步驟一種所確定的回灌目的層具有最小主應(yīng)力和破裂壓力低，且回灌目的層巖性純凈，以粗砂巖段孔滲條件最好，并且回灌目的層取芯裂縫相對(duì)發(fā)育段，具有較大的厚度，利于壓裂裂縫擴(kuò)展延伸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：所述步驟二中的預(yù)計(jì)注水量通過線性回歸法根據(jù)母杜柴登礦mc-1井和納林河二井nl-1井壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的對(duì)數(shù)回歸模型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：所述步驟二中的預(yù)計(jì)注水量可根據(jù)v＝πr2hφ公式估算，且v為注入介質(zhì)體積，m3；r為處理層半徑，r＝500m(3a)；h為處理層厚度，h＝69m(滲條件較好段69m)，φ為處理層孔隙度，取7.49％。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：所述步驟三中回灌井位置的鉆孔軌跡距離井下巷道、硐室需要保持一定安全距離。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：所述步驟四中的終孔層位一般選取滲透性較好的砂巖層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：所述步驟五中井身結(jié)構(gòu)采用三開、三級(jí)套管結(jié)構(gòu)，且井身結(jié)構(gòu)的表層需通過φ580mm鉆頭鉆穿風(fēng)積砂層，下入φ508mm螺旋套管。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：所述步驟五中井身結(jié)構(gòu)的一開設(shè)置為φ445.5mm鉆頭鉆進(jìn)入完整基巖不小于5m，下入φ339.7mm套管。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：所述步驟五中井身結(jié)構(gòu)的二開設(shè)置為φ311.1mm鉆頭鉆至回灌水層砂巖頂部，下入φ244.5mm套管。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種礦井水深井回灌方法，其特征在于：所述步驟五中井身結(jié)構(gòu)的三開設(shè)置為φ215.9鉆頭鉆進(jìn)至回灌層底部35m完鉆，下入φ177.8mm套管及圓孔式濾水管，不進(jìn)行水泥固井。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種礦井水深井回灌方法，包括；步驟一：確定回灌目的層；步驟二：預(yù)計(jì)注水量；步驟三：選擇回灌井位置；步驟四：設(shè)計(jì)終孔層位和深度；步驟五：設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)；步驟六：進(jìn)行回灌井注水試驗(yàn)，確定目的層回灌能力；所述步驟三中回灌井位置的鉆孔軌跡距離井下巷道、硐室需要保持一定安全距離；所述步驟四中的終孔層位一般選取滲透性較好的砂巖層。本發(fā)明是將礦井水通過帶有套管的鉆井，選擇裂隙發(fā)育、滲透性良好的深部砂巖含水層進(jìn)行回注，減輕礦井水處理壓力，且回注不會(huì)對(duì)含礦層產(chǎn)生不良影響，并能對(duì)深部含水系統(tǒng)進(jìn)行有效補(bǔ)給，參與到新的地下水循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)地下水有效保護(hù)。實(shí)現(xiàn)地下水有效保護(hù)。實(shí)現(xiàn)地下水有效保護(hù)。

技術(shù)研發(fā)人員：韓雪 李一 張宇 胥燕輝 張昊 張建寅 朱開成 王廣昊 周海瑞 盛新麗

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國冶金地質(zhì)總局第一地質(zhì)勘查院

技術(shù)研發(fā)日：2022.04.21

技術(shù)公布日：2022/8/5