[發明專利]頂板多含水層枝狀定向鉆孔超前區域水體探放方法及裝置

有效

• 申請號: 201810338765.4
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108518182B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 方俊;石智軍;李泉新;褚志偉;高珺;許超;陳龍
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B47/06;E21B47/00;E21B49/00;E21F16/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

1.一種頂板多含水層枝狀定向鉆孔超前區域水體探放方法，包括以下步驟：

步驟一：含水層賦存信息與采動導水裂隙帶發育高度探查；在礦井已回采工作面施工一個上向穿層探查鉆孔，然后從鉆孔內下入鉆孔信息綜合探測系統，查明頂板含水層標高、厚度賦存信息和頂板采動導水裂隙帶發育高度；

步驟二：枝狀定向鉆孔軌跡設計；根據含水層賦存信息與采動導水裂隙帶發育高度進行枝狀定向鉆孔設計，枝狀定向鉆孔由主孔和多個上向分支孔組成，其中主孔布置在下含水層中，并沿下含水層延伸；上向分支孔設計間距30～50m，斜穿過上含水層，且終孔標高大于頂板采動導水裂隙帶發育高度；

步驟三：下含水層內枝狀定向鉆孔主孔施工；在工作面巷道內設置鉆場，下入隨鉆地質導向定向鉆具，按照枝狀定向鉆孔主孔設計軌跡進行施工，鉆進過程中實時測量出鉆孔幾何軌跡，并識別出鉆遇地層巖性，控制枝狀定向鉆孔沿設計軌跡在下含水層內長距離延伸；鉆進過程中每隔30～50m預留一個分支點；

步驟四：上含水層上向分支孔施工；主孔施工完成后，從孔底向孔口退鉆，退鉆至預留分支點，采用慢速磨削懸空側鉆分支技術側鉆開分支；開出分支孔后，調整鉆孔傾角鉆進，穿過上含水層，并超過頂板采動導水裂隙帶發育高度；然后繼續退鉆，直至完成所有上向分支孔施工；

步驟五：水體探查；枝狀定向鉆孔施工時，在孔口實時采集鉆孔出水量和出水壓力，若鉆孔不出水，說明頂板含水層內不含水；若鉆孔出水，記錄下出水點深度及其空間軌跡參數，并繪制出頂板含水層內水體分布平面圖、水壓分布等值線圖和水量分布等值線圖；

步驟六：水體疏放；枝狀定向鉆孔施工時，若鉆孔出水量和出水壓力大于礦方規定值，則停鉆進行水體疏放，直至出水量和出水壓力小于礦方規定值后繼續施工；若鉆孔出水量和出水壓力小于礦方規定值，則完孔后集中進行水體疏放；

步驟七：工作面開采；若探明頂板含水層內不含水，或者頂板含水層內水體疏放后出水量及出水壓力達到工作面開采條件，則可進行工作面回采；

其中，將鉆孔信息綜合探測系統連接好，修正夜視攝像頭安裝角，然后下入上向穿層探查鉆孔；下入過程中，采用夜視攝像頭探測孔壁圖像信息，采用地質信息探測模塊探查鉆孔徑向0.5m范圍內地層的放射性，采用空間軌跡測量模塊A測量鉆孔三維軌跡參數；然后由信號傳輸模塊A通過通纜式信號傳輸鉆桿和通纜式旋轉送水器將信號傳輸至孔外；下入過程中，若孔內遇堵或耐磨鏡片被糊住，則可通過通纜式信號傳輸鉆桿向鉆孔內供水，其中軸向水眼內沖出的水流將清除孔內堵塞物，徑向水眼內沖出的水流將清除耐磨鏡片上的雜物，確保儀器正常下入和夜視攝像頭清晰拍攝；孔口處理系統A接收到夜視攝像頭拍攝的視頻信息、地質信息探測模塊探查的地層自然放射值和空間軌跡測量模塊A測量的鉆孔軌跡三維坐標后，以鉆孔各測點的標高為縱軸、以地層自然伽馬放射值和視頻信息為橫軸繪制綜合分析圖，將探查的地層自然伽馬放射值與不同地層標準值進行對比識別地層并標示出含水層位置，得到鉆孔軌跡地質剖面圖和含水層賦存信息；統計不同標高處孔壁裂隙發育數量，得到采動導水裂隙帶發育高度；

其中，鉆孔信息綜合探測系統由自潔鉆頭(10)、夜視攝像頭(11)、地質信息探測模塊(12)、電源模塊(13)、空間軌跡測量模塊A(14)、信號傳輸模塊A(15)、無磁儀器外管A(16)、通纜式信號傳輸鉆桿(17)、通纜式旋轉送水器(18)和孔口處理系統A(19)組成，其中所述的夜視攝像頭(11)自帶照明光源；地質信息探測模塊(12)內安裝有可敏感地層自然放射性的探測傳感器；空間軌跡測量模塊A(14)內設置加速度傳感器組和磁傳感器組，每個傳感器組均由3個相互正交的傳感器構成；電源模塊(13)由3個電池組組成，可分別為夜視攝像頭(11)、地質信息探測模塊(12)和空間軌跡測量模塊A(14)供電；信號傳輸模塊A(15)采用頻分多路復用技術進行信號傳輸；所述的夜視攝像頭(11)、地質信息探測模塊(12)、電源模塊(13)、空間軌跡測量模塊A(14)、信號傳輸模塊A(15)依次連接組成孔內儀器串，并安裝在無磁儀器外管A(16)中；所述的自潔鉆頭(10)、無磁儀器外管A(16)、通纜式信號傳輸鉆桿(17)和通纜式旋轉送水器(18)依次連接，其中夜視攝像頭(11)靠近自潔鉆頭(10)一端，并進入自潔鉆頭(10)內；

其中，隨鉆地質導向定向鉆具，由巖層定向鉆頭、近鉆頭地質信息測量模塊、近距離數據短傳模塊、螺桿馬達、近距離數據接收模塊、空間軌跡測量模塊B、信號傳輸模塊B、無磁儀器外管B、通纜式信號傳輸鉆桿、通纜式旋轉送水器和孔口處理系統B組成，其中近鉆頭地質信息測量模塊內安裝有可敏感地層自然放射性的探測傳感器,可測量鉆頭后0.5m左右位置處的地層信息；空間軌跡測量模塊B內設置了1個加速度傳感器組和1個磁傳感器組，每個傳感器組均由3個相互正交的傳感器構成,可測量的鉆孔軌跡三維坐標；近距離數據短傳模塊用于將測量數據穿過螺桿馬達傳輸至近距離數據接收模塊，并與空間軌跡測量模塊B測量得到的鉆孔軌跡參數一起，通過信號傳輸模塊B，采用載波信號傳輸方式，以通纜式信號傳輸鉆桿和通纜式旋轉送水器為信號傳輸通道傳遞給孔口處理系統B，經由孔口處理系統B處理后進行顯示，得到實鉆地層巖性及與設計軌跡的偏差，為施工人員鉆孔軌跡調控參考依據，確保鉆孔沿設計軌跡和設計地層長距離延伸。