一种双层多分支顺层钻孔注浆改造顶底板双重灰岩含水层方法技术

本发明专利技术属于矿井防治水领域，特别涉及一种受顶、底板双重灰岩水害威胁的矿层改造方法，相较于以往采用地面立孔进行顶、底板加固注浆、井下加固注浆及地面水平钻治理煤层底板薄层灰岩等技术，本发明专利技术技术利用石油钻机施工双层多分支顺层钻孔对目的层进行前进式高压注浆，从而改造煤层顶、底板灰岩含水层，实现煤层安全开采。通过本发明专利技术方式，能够实现覆盖目的层范围广、钻孔工程量小、顶底板孔共用一开段、顶板疏放水费用低、底板加固改造、防治水工作超前进行的效果，最终将顶板改造成弱含水或不含水岩层、底板改造成隔水层。该技术亦可应用于铁矿或非金属矿等受顶、底板双重水害威胁的矿井，实现资源安全经济开采。

Double layer multi branch bedding drilling grouting method for double limestone aquifer of top and bottom slab

The invention belongs to the field of mine water prevention and control, in particular relates to a method of seam roof and floor reconstruction by double limestone flood threat, compared to the past by the ground hole of the top and bottom grouting reinforcement, underground grouting and ground horizontal drilling in coal seam floor governance thin limestone technology, the technology of the invention uses double oil rig construction multi branch bedding drilling to layer advance grouting, in order to transform the roof and floor limestone aquifer, realize safe coal mining. The invention can realize the purpose of covering layer, a wide range of drilling engineering quantity is small, the top and bottom hole share a open section, roof drainage, low cost floor reinforcement, water prevention and control work in advance of the effect, will eventually be transformed into weak roof water or without water rock bottom, transformed into aquifuge. The technology can also be applied to the mine with double water hazard, such as iron ore or nonmetal mine, and realizes safe and economic exploitation of resources.

【技术实现步骤摘要】
一种双层多分支顺层钻孔注浆改造顶底板双重灰岩含水层方法
本专利技术属于矿井防治水领域，特别涉及一种受顶、底板双重灰岩水害威胁的矿层改造方法。
技术介绍
华北型煤田的部分矿区赋存着较稳定的本溪群徐家庄薄层灰岩含水层，部分矿区奥灰与徐灰的间距小（如肥城矿区10-16m，井陉矿区15m左右,黄河北煤田7m-10m）或存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，致使二者之间水力联系密切，宏观上实为一个含水体。目前国内底板灰岩承压水治理较成熟的技术一般采用地面注浆站通过注浆管路和井下工作面注浆孔对底板灰岩预注浆，充填底板灰岩含水层的岩溶裂隙和导水裂隙，把薄层灰岩中的水置换出去并实现切断水源补给通道，使受注含水层被改造为弱含水或不含水层，实现工作面不突水开采，取得了较好的效果，如山东肥城、河南焦作永城等矿区，但这种方法不足在于井下空间受限，钻孔施工距离短，施工工程量大，吨煤成本高，安全系数相对低。地面水平钻治理底板薄层灰岩技术只解决了受底板薄层灰岩水威胁的矿层开采，但对顶底板双重威胁的矿层开采，需在地面对顶、底板含水层各自施工钻孔，成本高、占地多。对于受顶、底板双重灰岩含水层水害威胁的矿层，如黄河北煤田的11煤，底板受徐灰、奥灰承压水威胁，顶板受四五灰水威胁，且顶、底板含水层水力联系密切，由于顶板水与奥灰有水力联系，难以疏干，疏排水费用高、浪费地下水资源且经济上不合理，一直难以开采，造成资源呆滞。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的不足，提供一种双层多分支顺层钻孔对顶底板双重灰岩含水层进行注浆改造的技术。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种双层多分支顺层钻孔注浆改造顶底板双重灰岩含水层方法，包括如下步骤：（1）钻孔造斜：选择地面合适位置向下钻孔施工，当钻孔到达第四系地层中时开始施工造斜段，当造斜段进入基岩后下一级套管；（2）施工底板主孔：在步骤（1）施工出造斜段后通过无磁钻杆施工底板主孔，方位通过无磁钻杆的弯度进行调节，施工进入底板灰岩含水层后，沿底板灰岩含水层顺层继续向前施工若干米，沿底板灰岩含水层顺层向前施工过程中，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，使底板形成隔水层；（3）施工底板分支孔：底板主孔施工完成后，在底板主孔的孔道设计位置通过无磁钻杆的弯度调节方位测出合适位置进行底板分支孔的施工，共施工若干个底板分支孔，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，将底板水排出；（4）施工顶板主孔：底板分支孔施工完成后，在造斜段通过无磁钻杆调节方位在设计位置进行顶板主孔的施工，施工进入顶板灰岩含水层后，沿顶板灰岩含水层顺层继续向前施工若干米，沿顶板灰岩含水层顺层向前施工过程中，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，使顶板形成隔水层；（5）施工顶板分支孔：顶板主孔施工完成后，在顶板主孔的孔道设计位置通过无磁钻杆的弯度调节方位测出合适位置进行顶板分支孔的施工，共施工若干个顶板分支孔，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，将顶板水排出。进一步的，在步骤（1）中，当造斜段进入基岩5-15米后下一级套管。进一步的，在步骤（2）和步骤（4）中，沿底板灰岩含水层顺层或顶板灰岩含水层顺层继续向前施工400-600米。优选的，在步骤（2）和步骤（3）中，注浆材料为单液水泥浆或粉煤灰水泥。进一步的，注入的单液水泥浆先稀后稠，浓度在1.3-1.6g/ml之间。优选的，在步骤（4）和步骤（5）中，注浆材料为黄土水泥浆或粉煤灰水泥。进一步的，在步骤（2）至步骤（5）中，在钻孔过程中，若泥浆漏失量在30m3/h以下时则顶漏钻进；若泥浆漏失量大于30m3/h时或与上次注浆距离超过150米时，则提钻进行高压注入注浆材料，直至注浆压力在8-12MPa之间且注浆量小于8m3/h时停止注浆，待浆液凝固24h后继续扫孔钻进。本专利技术的有益效果为：一、本专利技术方法将底板改造成隔水层，顶板改造成弱含水或不含水层，封堵了底板水源补给通道并形成一定厚度的有效隔水层，从而防止采中、采后突水，实现了受顶底板双重灰岩水害威胁的矿层的安全保水开采。二、本专利技术方法共用一个孔位和一造斜段施工双层多分支顺层钻孔对顶、底板双层灰岩层进行改造，较传统施工工艺每孔可节省钻孔施工费用70-110万元。三、本专利技术方法共用一个孔位和一造斜段施工双层多分支顺层钻孔对顶、底板双层灰岩含水层进行改造，较传统的井下注浆治理底板灰岩承压水、地面水平钻改造底板灰岩和顶板水直接疏放具有钻探工程量小、覆盖目的层范围广、顶板疏放水量少、防治水工作可超前进行、防治水综合费用低等优点。四、本专利技术方法改造了顶板和底板含水层的富水性，在矿层开采过程中大大降低了顶板疏排水的费用，具有明显的经济效益。五、对顶底板灰岩采用不同的注浆工艺及注浆材料，能够解决顶板含水层与下伏含水层存在垂向联系难以疏干不能开采、底板加固注浆技术中存在的不足等问题。附图说明图1为本专利技术顶、底板改造治理钻孔轨迹剖面图。图2是底板灰岩含水层钻孔布置图。图3是顶板灰岩含水层钻孔布置图。图中，1第四系地层，2造斜段，3底板主孔，4底板分支孔，5顶板主孔，6顶板分支孔，7顶板灰岩含水层，8底板灰岩含水层，9基岩。具体实施方式以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。一种双层多分支顺层钻孔注浆改造顶底板双重灰岩含水层方法，包括如下步骤：（1）钻孔造斜：勘测目标地面，选择地面合适位置作为施工点，设置钻孔工作参数，采用石油钻向下钻孔施工，当钻孔到达第四系地层1中时开始施工造斜段2，当造斜段2进入基岩9后下一级套管，本实施例优选的在造斜段2进入基岩9后10米时下一级套管；（2）施工底板主孔3：在步骤（1）施工出造斜段2后，然后通过无磁钻杆施工底板主孔3，施工方位通过无磁钻杆的弯度进行调节，一般无磁钻杆的弯度在1-1.5°之间，当施工进入至底板灰岩含水层8后，沿底板灰岩含水层8顺层继续向前施工550米，沿底板灰岩含水层8顺层向前施工过程中，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，使底板形成隔水层，具体的：在底板灰岩含水层8顺层钻孔过程中，若泥浆漏失量在30m3/h以下时则顶漏钻进；若泥浆漏失量大于30m3/h时或与上次注浆距离超过150米时，则提钻进行高压注入注浆材料，直至注浆压力在8-12MPa之间且注浆量小于8m3/h时停止注浆，待浆液凝固24h后继续扫孔钻进，整个过程中。（3）施工底板分支孔4：在底板主孔3施工完成后，在底板主孔3的孔道设计位置通过无磁钻杆的弯度调节方位测出合适位置进行底板分支孔4的施工，共施工若干个底板分支孔4，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，最终将底板水排出，在底板分支孔4的钻孔过程中，若泥浆漏失量在30m3/h以下时则顶漏钻进；若泥浆漏失量大于30m3/h时或与上次注浆距离超过150米时，则提钻进行高压注入注浆材料，直至注浆压力在8-12MPa之间且注浆量小于8m3/h时停止注浆，待浆液凝固24h后继续扫孔钻进。在上述步骤（2）和步骤（3）中，由于底板奥灰丰富，压力大，因此注浆材料可以选为单液水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层多分支顺层钻孔注浆改造顶底板双重灰岩含水层方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）钻孔造斜：选择地面合适位置向下钻孔施工，当钻孔到达第四系地层中时开始施工造斜段，当造斜段进入基岩后下一级套管；（2）施工底板主孔：在步骤（1）施工出造斜段后通过无磁钻杆施工底板主孔，方位通过无磁钻杆的弯度进行调节，施工进入底板灰岩含水层后，沿底板灰岩含水层顺层继续向前施工若干米，沿底板灰岩含水层顺层向前施工过程中，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，使底板形成隔水层；（3）施工底板分支孔：底板主孔施工完成后，在底板主孔的孔道设计位置通过无磁钻杆的弯度调节方位测出合适位置进行底板分支孔的施工，共施工若干个底板分支孔，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，将底板水排出；（4）施工顶板主孔：底板分支孔施工完成后，在造斜段通过无磁钻杆调节方位在设计位置进行顶板主孔的施工，施工进入顶板灰岩含水层后，沿顶板灰岩含水层顺层继续向前施工若干米，沿顶板灰岩含水层顺层向前施工过程中，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，使顶板形成隔水层；（5）施工顶板分支孔：顶板主孔施工完成后，在顶板主孔的孔道设计位置通过无磁钻杆的弯度调节方位测出合适位置进行顶板分支孔的施工，共施工若干个顶板分支孔，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，将顶板水排出。...

【技术特征摘要】
1.一种双层多分支顺层钻孔注浆改造顶底板双重灰岩含水层方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）钻孔造斜：选择地面合适位置向下钻孔施工，当钻孔到达第四系地层中时开始施工造斜段，当造斜段进入基岩后下一级套管；（2）施工底板主孔：在步骤（1）施工出造斜段后通过无磁钻杆施工底板主孔，方位通过无磁钻杆的弯度进行调节，施工进入底板灰岩含水层后，沿底板灰岩含水层顺层继续向前施工若干米，沿底板灰岩含水层顺层向前施工过程中，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，使底板形成隔水层；（3）施工底板分支孔：底板主孔施工完成后，在底板主孔的孔道设计位置通过无磁钻杆的弯度调节方位测出合适位置进行底板分支孔的施工，共施工若干个底板分支孔，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，将底板水排出；（4）施工顶板主孔：底板分支孔施工完成后，在造斜段通过无磁钻杆调节方位在设计位置进行顶板主孔的施工，施工进入顶板灰岩含水层后，沿顶板灰岩含水层顺层继续向前施工若干米，沿顶板灰岩含水层顺层向前施工过程中，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的方式进行改造直至设计孔深，使顶板形成隔水层；（5）施工顶板分支孔：顶板主孔施工完成后，在顶板主孔的孔道设计位置通过无磁钻杆的弯度调节方位测出合适位置进行顶板分支孔的施工，共施工若干个顶板分支孔，对钻孔内的漏失段采用高压注入注浆材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：武善元，王凯，
申请(专利权)人：山东省邱集煤矿，
类型：发明
国别省市：山东,37