[發明專利]一種基于千米定向鉆探技術的礦井奧灰頂部改造及施工方法

有效

• 申請號: 201210348377.7
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102877884A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 卜昌森;翟明華;李術才;孫春江;李偉;郭信山;劉人太
• 申請（專利權）人: 山東能源集團有限公司
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于千米定向鉆探技術的礦井奧灰頂部改造及施工方法，屬于礦山井下等地下工程水害防治領域。

背景技術

目前在深部承壓水上煤層開采中，有對奧灰之上的薄層含水層進行注漿改造的案例，但隨著開采深度增大，水壓不斷增大，當開采層與奧陶紀巨厚灰巖含水層間的隔水層厚度小于安全厚度時，因奧灰巖溶發育難以實施疏水降壓，目前尚無有效的安全開采方法；有采用充填法減少礦壓破壞深度提高有效隔水層厚度的案例，但該方法仍需要預留隔水煤柱，造成大量資源浪費；傳統的巷道或采區底板改造，開孔數量大，孔利用率低，技術工藝復雜，而且難以用于對高壓奧灰含水層的大范圍順層區域治理。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種基于千米定向鉆探技術的礦井奧灰頂部改造方法，可以實現不占用掘進和開采工作面條件下實現對奧灰頂部的超前注漿改造，封堵奧灰頂部巖溶發育構造和隱伏斷裂構造，增加底板力學強度，使得一定范圍內的奧灰巖層由透水層變為阻水層，增加隔水底板厚度，達到煤礦防治水規定關于突水系數的要求，從而提高下組煤開采率。與此同時，大幅度減少鉆孔開孔數量，縮短工期。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種基于千米定向鉆探技術的礦井奧灰頂部改造方法(如圖1和圖2)，包括：(1)使用千米定向鉆機實施底板注漿改造鉆探，在底板中鉆孔。(2)如圖1所示鉆孔是順層非線性的，可根據實際工程需求設計。(3)如圖1所示鉆孔A、鉆孔A-1、鉆孔A-2、鉆孔A-3和A-4，鉆孔布置形態是“一孔開孔、多孔分叉”，開孔順序是由改造區的外側向內側；(4)注漿過程采用前進式注漿。

所述的鉆孔是順層非線性的，可根據實際工況對鉆孔進行弧度及形態調整，如鉆孔A-1～A-4。

所述的鉆孔布置形態可以是多分叉的，每條分叉鉆孔長度可以根據實際工況確定。如圖2分叉鉆孔的間距由注漿漿液擴散半徑及實際工況確定。

所述的前進式注漿為，在鉆孔發生涌水后退鉆，進行注漿。

所述的鉆孔布置方法是分序的(圖2)，先施工一序鉆孔，然后施工二序補充鉆孔，二序補充鉆孔起到注漿檢查和補注的作用。兩序鉆孔施工順序(圖2，1-1→1-6，2-1→2-5)均為從改造區域的外側向內側在奧陶系灰巖中實施。

所述的鉆孔布置方法，應當使得鉆孔能夠大角度相交穿透斷層等導水構造。

本發明還公開一種基于千米定向鉆探技術的礦井奧灰頂部改造施工方法，其步驟是：

(1)確定鉆探硐室位置與鉆孔開孔位置；

(2)依據煤礦防治水相關規定計算隔水底板安全厚度；

(3)依據注漿改造技術方案和隔水安全厚度設計主鉆孔及分叉鉆孔；

(4)設計非線性順層鉆孔參數，鉆孔參數包括鉆孔長度、分叉及弧度等；

(5)安裝孔口管，并按照相應規范進行試壓；；

(5)按照由外側向內側的順序進行鉆探施工；

(6)奧灰頂部含水層中所有注漿作業采用前進式注漿，對單個鉆孔鉆探注漿全部完成后進行下一鉆孔施工；

(7)使用千米定向鉆機對注漿效果進行檢查，并根據需要進行補充注漿。

本發明中的前進式注漿為現有技術，相應技術指標可通過文獻獲得，在此不再贅述。

本發明的有益效果是：可以實現不占用掘進或開采工作面對奧灰頂部的注漿改造，封堵奧灰頂部巖溶發育構造和隱伏斷裂構造，增加底板力學強度，從而使奧灰含水層轉變為隔水層達到安全厚度，解決華北型煤田下組煤深部開采問題。

附圖說明

圖1為本發明所述技術體系的底板改造剖面示意圖。

圖2為本發明所述技術體系的底板改造平面示意圖。

具體實施方式

某煤礦為深井大水礦山，埋深超過700m，靜水水壓達到6Mpa，其采區底板巖層(圖1)分別為：下組煤1、不透水的泥巖層2、奧陶系灰巖3。若要進行下組煤開采面臨著阻水底板安全厚度不足問題。同時在采場區域內發育有兩組導水斷層(導水斷層9、10)。為對奧陶系灰巖含水層及導水構造進行注漿改造，在保障煤礦安全生產的前提下，采用本發明的技術方案對采區底板超前改造，解放了礦產資源。實施過程如下：

(1)如圖2，依據工程技術要求在采區下山巷道中布設鉆探硐室，向采場區域底板奧灰含水層打鉆注漿。

(2)注漿采用水泥漿液，設計擴散半徑10～15m。分叉鉆孔一序鉆孔終孔(1-1～1-6)間距設計為20m～30m之間。設計施工鉆孔如圖2所示，鉆孔與導水斷層9和10應當滿足大角度相交并穿透斷層。