本发明涉及废弃矿井处理与煤炭资源开采领域，特别涉及一种厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法。
背景技术：
1、随着煤炭资源长期高强度、大规模开采，部分老矿区的煤矿煤炭资源趋于枯竭，大量煤矿面临关闭或已关闭。在安全情况允许条件下，对即将报废立井的保护煤柱进行回收，能够减少资源浪费和资产流失。
2、目前，进行废弃立井保护煤柱时，一般采取全井筒内回填废石封闭，然后再对井口进行混凝土封堵。在上覆富水厚松散层且基岩较薄条件下，压煤开采引发的覆岩移动将导致废弃井筒与上覆地层应力场发生变化，存在触发厚松散含水层下泄导水通道、沿废弃井筒渗水，发生突水涌砂致灾风险，威胁井下生产安全。如何安全有效回收上覆富水厚松散层且基岩较薄废弃井筒下煤炭资源，已成为众多待闭老矿区亟待解决的技术难题。目前，针对废弃井筒压煤开采触发厚松散含水层下泄导水通道的水害防治鲜有研究，难以确保废弃立井压覆煤炭资源回采安全。
3、针对废弃立井压覆煤炭资源利用需求，鉴于目前尚无可避免废弃立井压煤开采触发厚松散含水层下泄导水通道、沿废弃井筒渗水的防治技术，急需一种厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，在废弃立井压煤开采前对废弃立井和厚松散含隔水层进行处理。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，该方法通过对废弃立井回填封堵并将被废弃立井井筒导通的底部含水层、底部隔水层重构为整体地层，避免在废弃立井井筒与地层间形成导水界面，确保了废弃立井压煤开采安全。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，包括如下步骤：
4、步骤1，确定废弃立井井筒及地层基本情况，根据废弃立井井筒的资料结合现场勘查确定废弃立井井筒及地层的基本参数；
5、步骤2，废弃立井井筒全筒封堵，对废弃立井井筒采取自下而上的方式进行全筒封闭，依次封堵马头门及井底段、煤系地层基岩段上层、厚松散层底部含水层、厚松散层底部隔水层和厚松散层中上部；
6、步骤3，废弃立井井筒切割分段，对位于底部含水层以上的废弃立井井筒进行切割分段；
7、步骤4，废弃立井内部注浆及底部含水层和底部隔水层重构注浆，通过施工地面垂直钻孔对废弃立井井筒内部进行注浆，通过施工地面定向钻孔对废弃立井井筒外部的底部含水层和底部隔水层进行注浆；
8、步骤5，废弃立井井筒井盖封闭。
9、进一步地，在上述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法中，在所述步骤1中，废弃立井井筒及地层的基本参数包括废弃立井井筒的内径r1、外径r2、井壁的厚度m、井筒的深度h、废弃立井的施工方法、地层的分层情况、厚松散层的厚度、底部含水层的厚度与底部隔水层的厚度。
10、进一步地，在上述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法中，在所述步骤2中，包括如下步骤：
11、步骤21，封堵马头门及井底段，在废弃立井井筒底部的马头门的两侧平巷各施工一道密闭墙，所述密闭墙采用c30钢筋混凝土，所述密闭墙的外缘与平巷的内壁连接，所述密闭墙的厚度为1m~2m，在废弃立井井筒的底部以及位于两道所述密闭墙之间的空间填充大块废料，大块废料的粒径为25cm~60cm，大块废料充填至马头门上部标高h1处，h1=5m~10m，向所述大块废料的间隙泵注混凝土；
12、步骤22，封堵煤系地层基岩段上层，在所述马头门上部标高h1处的大块废料和混凝土的顶面铺盖防水卷材，在防水卷材上方的废弃立井井筒内填充混合填料，混合填料由物料和粉煤灰混合而成，物料为矸石、废石或尾砂，物料和粉煤灰的混合填料充填至厚松散层下界面以下标高h2处，h2=5m~10m，物料与粉煤灰的质量比为10∶1~20∶1；
13、步骤23，封堵厚松散层底部含水层，在厚松散层下界面以下h2处的物料和粉煤灰的混合填料的顶面铺盖防水卷材，在防水卷材上填充物料和水泥的混合填料，物料和水泥的混合填料充填至底部含水层顶面上部标高h3处，h3=5m~10m，物料与水泥的质量比为5∶1~10∶1；
14、步骤24，封堵厚松散层底部隔水层，在底部含水层顶面上部标高h3处的物料和水泥的混合填料的顶面铺盖防水卷材，在防水卷材上填充熟黄土并夯实，熟黄土充填至底部隔水层顶面处；
15、步骤25，封堵厚松散层中上部，在底部隔水层顶面的熟黄土上铺盖防水卷材，在防水卷材上交替填充由物料和粉煤灰混合而成的混合填料和熟黄土，混合填料和熟黄土之间铺设防水卷材，厚松散层中上部的废弃立井井筒内的最上一层填充物为熟黄土，厚松散层内的每层混合填料的充填厚度h1为20m~50m，每一层熟黄土的充填厚度h2为5m~10m，最上一层的熟黄土的顶面与井口之间的距离为2m~3m。
16、进一步地，在上述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法中，在所述步骤23中，在对厚松散层底部含水层进行封堵前，首先对底部含水层对应的废弃立井井筒的井壁进行补强支护形成补强支护体系；所述补强支护体系包括注浆锚杆、槽钢井圈和竖向工字钢，所述注浆锚杆的一端位于废弃立井井筒的井壁内侧，所述注浆锚杆的另一端位于废弃立井井筒外侧的地层内，所述注浆锚杆沿废弃立井井筒的轴线方向均匀布设有n层，n=4~8，每层沿废弃立井井筒的周向均匀布置8个所述注浆锚杆；最顶层内的所述注浆锚杆的一端位于底部含水层段井壁上缘的下方的2m~3m处，最顶层内的所述注浆锚杆的轴线具有10°~20°的向上倾角，最顶层内的所述注浆锚杆的另一端延伸至底部隔水层内2m~3m处；最底层内的所述注浆锚杆的一端位于底部含水层段井壁下缘的上方的2m~3m处，最底层内的所述注浆锚杆的轴线具有10°~20°的向下倾角，最底层内的所述注浆锚杆的另一端延伸至煤系基岩层内2m~3m处；除最顶层和最底层外其他层位的所述注浆锚杆的轴线均与废弃立井井筒的井壁垂直；最顶层内的所述注浆锚杆与最底层内的所述注浆锚杆对称布置，其余层位的所述注浆锚杆交错布置，相邻的两层所述注浆锚杆的一端的垂直层距为2~3m；所述槽钢井圈为圆形结构，所述槽钢井圈水平设置在废弃立井井筒的内壁上，所述槽钢井圈的外径与废弃立井井筒的内径一致，所述槽钢井圈设置有多个，每一层所述注浆锚杆均设置有一个所述槽钢井圈，所述槽钢井圈布置在所述注浆锚杆的一端的下方，所述槽钢井圈与对应层内的所述注浆锚杆均连接；所述竖向工字钢竖向设置在废弃立井井筒的内壁上，所述竖向工字钢的长度与底部含水层段的厚度一致，所述竖向工字钢与多个所述槽钢井圈均连接，所述竖向工字钢设置有4条或8条，多条所述竖向工字钢沿废弃立井井筒的周向均匀设置。
17、进一步地，在上述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法中，在所述步骤2中，在对废弃立井井筒全筒封堵的过程中，在底部含水层下界面以下h2处的废弃立井井筒的内壁上施工一层钻孔，在底部含水层顶面上部标高h3处的废弃立井井筒的内壁上施工一层钻孔，底部隔水层顶面处的废弃立井井筒的内壁上施工一层钻孔，在底部隔水层以上的废弃立井井筒的内壁上竖向每间隔100m施工一层钻孔，每层所述钻孔的数量为8个~16个，每层内的多个所述钻孔沿废弃立井井筒的周向均匀分布，所述钻孔的深度为废弃立井井筒的井壁的厚度的4/5；在每个所述钻孔内填充膨胀剂或炸药，填充膨胀剂或炸药后采用水泥砂浆对所述钻孔进行封堵，膨胀剂或炸药的起爆引线经钢管引出地面；在所述步骤3中，通过起爆所述步骤2中预埋在所述钻孔内的膨胀剂或炸药对底部含水层下界面以下h2处、底部含水层顶面上部标高h3处和底部隔水层顶面处及底部隔水层以上的废弃立井井筒进行切割分段。
18、进一步地，在上述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法中，在所述步骤4中，所述地面垂直钻孔布置在废弃立井井筒的轴线处，所述地面垂直钻孔的下端位于底部含水层下界面以下（h2-2）m处，位于底部含水层内的所述地面垂直钻孔的侧壁上均匀分布有若干注浆孔，对在所述步骤23中实施的矸石和水泥的混合填料进行注浆加固；在通过所述地面垂直钻孔进行注浆前需先进行废弃立井井筒内待注浆层位的地下水观测，确定地下水的静水压力 pa，所述地面垂直钻孔注浆压力为地下水的静水压力 pa的1.5~2.0倍。
19、进一步地，在上述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法中，在所述步骤4中，所述地面定向钻孔用于对废弃立井井筒的外部的底部含水层下界面以下（h2-2）m至底部含水层顶面上部标高h3之间的区域地层进行注浆加固；在通过所述地面定向钻孔注浆前需先进行废弃立井井筒外待注浆层位的地下水观测，确定待注浆层位的地下水的静水压力 pb，所述地面定向钻孔的注浆压力为待注浆层位的地下水的静水压力 pb的2.0~2.5倍。
20、进一步地，在上述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法中，在所述步骤4中，所述地面定向钻孔包括上部直孔段、斜孔段和下部直孔段，所述上部直孔段的轴线和所述下部直孔段的轴线均与废弃立井井筒的轴线平行，所述上部直孔段的下端位于底面隔水层的上方，所述下部直孔段的上端位于底部含水层的上方，所述下部直孔段的下端位于底部含水层的下方，所述斜孔段的两端分别连接所述上部直孔段和所述下部直孔段；所述地面定向钻孔设置有8~10个，所有所述地面定向钻孔在地面上的布置点均位于以废弃立井井筒中心为圆心、半径为r3的圆周上，r3=10m~20m，所述地面定向钻孔在地面上的布置点的孔间距为10m～15m，所述下部直孔段的轴线与废弃立井井筒的外壁之间的距离为r3/2；所述下部直孔段的侧壁上均匀分布有若干注浆孔。
21、进一步地，在上述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法中，在所述步骤4中，所述地面定向钻孔包括竖直段、倾斜段和水平段，所述竖直段的下端位于底部隔水层的上方，所述水平段位于底部含水层内，所述水平段的轴线与废弃立井井筒的井壁垂直，所述地面定向钻孔的终孔点距离废弃立井井筒的外壁2m~4m；所述地面定向钻孔包括4个孔组，4个孔组沿废弃立井井筒的周向均匀分布，每个孔组包括4个地面定向钻孔，一个孔组内的4个在地面上的布置点的圆心均位于废弃立井井筒的一条半径的延长线上，在同一横截面上，4个孔组相对应的布置点位于同一以废弃立井井筒的中心的圆周上，所述地面定向钻孔的布置点的圆心与废弃立井井筒的中心之间的距离r4为30m~40m；一个孔组内的4个所述地面定向钻孔的终孔点均位于底部含水层内，一个孔组内的4个所述地面定向钻孔的终孔点由上至下依次排列，相对于底部含水层的高度，一个孔组内的4个所述地面定向钻孔的终孔点分别位于底部含水层的1/8、3/8、5/8和7/8处，一个孔组内的4个所述地面定向钻孔的终孔点的圆心和布置点的圆心位于同一垂直剖面上。
22、进一步地，在上述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法中，在所述步骤5中，具体包括如下步骤：
23、步骤51，开挖环形井盖坑，沿废弃立井井筒的外缘向外开挖宽度为2m~3m、深度为d的环形井盖坑；
24、步骤52，铺设井盖篦子，在废弃立井井筒的井口用工字钢梁搭设井盖篦子，所述井盖篦子采用i22b工字钢梁横竖垂直搭设，工字钢梁的间距为0.5m；
25、步骤53，浇筑井盖混凝土，向环形井盖坑和废弃立井井筒内浇筑混凝土，混凝土型号为c30，混凝土厚度为(d+1)m~(d+2)m；
26、所述井盖篦子伸入在环形井盖坑内的混凝土内不小于0.3m；
27、所述井盖篦子的外缘位于所述环形井盖坑的外壁和内壁之间的中间位置；
28、在所述步骤5中，根据实际需求，将废弃立井井筒的井口1m~2m深度的井壁进行切割，使得所铺设的所述井盖篦子位于地面以下，控制浇筑在环形井盖坑内的混凝土的上表面与地表齐平。
29、分析可知，本发明公开一种厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，从废弃立井压煤开采下废弃立井与厚松散层相互作用出发，在废弃立井压煤开采前，利用该方法采用废弃立井井筒回填封堵、废弃立井井筒内部注浆、废弃立井井筒外部的底部含水层注浆加固技术，将被废弃立井井筒导通的底部含水层和底部隔水层重构为整体地层，避免在废弃立井井筒与地层间形成导水界面，确保了废弃立井压煤开采安全。该方法填补了目前尚无可避免废弃立井压煤开采触发厚松散含水层下泄导水通道、沿废弃井筒渗水的防治技术的空白，为后续回收即将报废立井的保护煤柱提供了技术参考。
1.一种厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，
6.根据权利要求3所述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，
10.根据权利要求1所述的厚松散层废弃立井回填封堵及含隔水层重构方法，其特征在于，
