[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

本發明涉及一種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。本發明采用隨鉆地質導向定向鉆具進行枝狀定向鉆孔施工，控制鉆孔軌跡沿設計含水層和設計軌跡延伸，成孔后進行水體疏放；枝狀定向鉆孔由主孔和多個上向分支孔組成，其中主孔沿下含水層長距離延伸，用于探放下含水層內水體；上向分支孔穿過上含水層，用于探放上含水層內水體。本發明解決了煤層頂板含水層數量較多時，水體探放效率低、探放誤差大、治理成本高等問題，具有探放效率高、施工工程量小、探放精度高、覆蓋面積廣等優點，實現了多含水層水體一次超前區域探放，保障了安全高效采煤。

技術領域

本發明涉及一種超前區域水體探放方法及裝置，屬于煤礦開采技術領域，具體是涉及一種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。

背景技術

我國煤炭賦存水文地質條件較為復雜，頂板水害是我國煤礦水害的主要類型之一，其破壞性巨大，給煤礦安全生產帶來了很大隱患和損失。隨著淺部資源日趨枯竭，煤炭開采逐漸向大埋深、高地應力和強富水區域發展，礦井頂板水害呈現高頻率和強危害特征。

采用鉆孔對頂板水提前進行探查和疏放是避免頂板水害事故發生的有效途徑之一，目前主要采用頂板穿層鉆孔或常規定向鉆孔進行水體探放，存在以下問題：①目前采動導水裂隙帶發育主要采用理論計算或數值模擬得到，與實際值存在偏差，部分煤礦頂板水文地質資料簡單，頂板含水層數量較多，對其詳細賦存信息掌握較差，且富水性難以準確掌握；②頂板穿層鉆孔深度淺、軌跡不可測控，施工工程量大，且需要在開采巷道形成后進行施工，疏放水時間短，無法實現超前區域頂板水探放，不利于礦井擴大生產規模的長遠規劃要求；③常規定向鉆孔可沿含水體長距離延伸，但其以鉆孔幾何軌跡為導向，當地層起伏變化時，無法準確沿目標地層延伸，且只適用于單一含水層水體探放。

為此，本發明的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業的經驗和成果，針對煤層頂板多含水層水體探放方法存在的不足，研究設計出一種煤層頂板多含水層枝狀定向鉆孔一次超前區域水體探放方法，以克服上述缺陷。

發明內容

發明所要解決的技術問題

現有技術中，在煤層頂板多含水層水體探放時，含水層賦存信息不清、采動導水裂隙帶發育規律不清，頂板穿層鉆孔探查盲區大、成本高、周期長，常規定向鉆孔無法確保沿目標含水體延伸，且只適用于單個含水體探放。

解決上述問題所采用的技術方案

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

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：

信息勘探步驟，探查含水層賦存信息與采動導水裂隙帶發育高度；

鉆孔設計步驟，根據探查結果設計包括枝狀定向鉆孔，所述枝狀定向鉆孔包括沿下含水層延伸的主孔以及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的上向分支孔；

主孔施工步驟，施工枝狀定向鉆孔的主孔；

支孔施工步驟，施工枝狀定向鉆孔的上向分支孔，采集鉆孔出水量和出水壓力并根據出水量和/或出水壓力進行水體疏放；

回采施工步驟，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。

在本發明的至少一個實施例中，所述信息勘探步驟包括：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、厚度等賦存信息和頂板采動導水裂隙帶發育高度。

在本發明的至少一個實施例中，所述的穿層探查鉆孔開孔傾角大于60°，終孔標高比采動導水裂隙帶發育高度理論計算值大10m以上。