基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法技术

一种基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法。首先利用物探方法圈定老空区的大概空间范围以指导钻孔设计，然后利用束状定向钻孔主孔查明老空区具体位置，再利用垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔等查明老空区具体空间参数和充水情况，并进行老空水疏放。束状定向钻孔施工时采用孔口控压防喷装置确保钻进施工安全，并在出水分支孔内下入过滤防堵装置，成孔后采用孔口控量放水装置进行放水控制。该方法解决了现有技术老空区探查精度低、钻孔易堵塞、老空水疏放不彻底等不足，既可对老空区进行精确探查，又可对老空水进行疏放，具有探查距离远、范围广、精度高、疏放效果好、安全可靠等优点，减少了矿井老空水害致灾风险。

Accurate mining method for old mine water based on borehole bundle directional drilling

An accurate method for mine empty water exploration based on borehole bundle directional drilling is presented. Firstly, the approximate space range of the old goaf is delineated by geophysical prospecting method to guide the drilling design. Then the main hole of bundle directional drilling is used to find out the specific location of the old goaf. Then the specific space parameters and water filling conditions of the old goaf are found out by vertical branch hole, axial branch hole and lateral branch hole, and the old goaf water drainage is carried out. In bundle directional drilling, orifice pressure control and blowout prevention device is used to ensure the safety of drilling, and filtration and blockage prevention device is put into the outlet branch hole, and the orifice control water discharge device is used to control the water discharge after drilling. The method solves the shortcomings of the existing technology such as low exploration precision of the old goaf, easy blockage of boreholes, and incomplete drainage of the old goaf water. It can not only carry out accurate exploration of the old goaf, but also carry out drainage of the old goaf water. It has the advantages of long exploration distance, wide range, high precision, good drainage effect, safety and reliability, and reduces the old goaf water of the mine. Disaster risk.

【技术实现步骤摘要】
基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法
本专利技术涉及煤矿水害防治的
，尤其涉及一种基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法。
技术介绍
煤矿水害主要有顶板水害、底板水害和老空水害等，其中从煤矿水害事故水源看，大多数是透老空水造成的，且危害性巨大。老空水主要贮存在矿井周边的小煤窑，矿井本身的老空区或与老空区相连的煤、岩石巷道内，位置往往较高，水体赋存情况不明，矿井采掘工程与这种水体的空间关系错综复杂。由于历史原因往往缺乏甚至没有可靠的技术资料，水情难以分析判断。这种水体分布集中，水压传递迅速，采掘工作面一旦接近，老空积水便可突然溃出，发生透水事故。这种水体不但存在于地下水资源丰富的矿区，也可能存在于干旱地区的矿区，是煤矿生产过程中普遍存在的一种水害，资源整合、兼并重组后的矿井尤为突出，是煤矿防治水的重点。采用钻孔对老空水提前进行探放是避免老空水害事故发生的有效途径，当前主要采用常规回转钻进技术施工常规钻孔进行老空水治理，存在施工工程量大、钻孔深度较小、施工过程中钻孔轨迹无法连续测量和实时控制、难以精确探放等问题。为此，本专利技术的设计者鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，针对矿井老空水探放方法存在的不足，研究设计出一种基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法，以克服上述缺陷。为此，本专利技术的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法，其能针对矿井老空水严重影响矿井安全，而现有技术方法存在探查精度低、钻孔易堵塞、老空水疏放不彻底等不足进行改良。为解决上述问题，本专利技术公开了一种基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：粗探老空区的空间位置；采用物探方法进行老空区的粗探，初步圈定老空区的整体空间范围；步骤二：确定钻场，并铺设排水管路和设置排水设施；步骤三：确定束状定向钻孔的具体结构；所述束状定向钻孔包含主孔、垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔，以主孔为中心，垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔相对主孔呈束状排列，束状定向钻孔与老空区的交汇点为贯通点；步骤四：套管孔段施工并安装孔口控压防喷装置；步骤五：进行束状定向钻孔中主孔、垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔的具体钻入，以得到老空区的具体高度、长度以及宽度，在钻入过程中安装过滤防堵装置；步骤六：通过束状定向钻孔对老空区进行控量排水，在束状定向钻孔所有分支孔施工完成后，组装孔口控量放水装置，根据钻场排水能力，控制老空水疏放速度，直至老空水疏放量达到矿井安全开采要求为止。其中：所述垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔的倾角均为正值，便于老空水疏放。其中：在步骤五中，先通过定向钻具进行主孔钻入，然后朝主孔上下方向施工垂向分支孔，查明老空区的高度；沿主孔延伸方向施工轴向分支孔，查明老空区长度；向主孔左右方向施工横向分支孔，查明老空区的宽度。其中：孔口控压防喷装置由孔口管、法兰管、压力表、第一闸阀、三通、钻杆密封组件、第二闸阀、矿用液体流量计、排水管组成，其中孔口管、法兰管、第一闸阀依次连接至三通的一个出口，所述钻杆密封组件连接至三通相对第一闸阀的出口，所述三通垂直于第一闸阀的出口依次连接有第二闸阀、矿用液体流量计、排水管。所述的压力表安装在法兰管上的测压接口上，所述排水管与钻场排水管路连接。其中：所述孔口控量放水装置包含依次连接的孔口管、法兰管、压力表、第一闸阀、矿用液体流量计和排水管，所述的压力表安装在法兰管上的测压接口上，所述排水管与钻场排水管路连接。其中：所述过滤防堵装置至少包含依次连接的过滤管、密封塞和悬挂机构，所述过滤管为中空状，所述密封塞靠近过滤管的一端为较小端，另一端为较大端，所述较大端为逐渐增大的倾斜状，且该较大端内设有中空部以提供弹性密封功能，所述悬挂机构包含悬挂座和至少一个悬挂组件。其中：所述过滤管的前端设置有圆弧形的导向头以便于整体在孔中的移动和准确的导向，所述过滤管的管体上设置有阵列状排布的梅花形筛孔。其中：所述悬挂组件包含张簧、弹卡、固定销轴和活动销轴，所述弹卡为两个且均通过前端的固定销轴定位在悬挂座上，所述固定销轴的后方设有可沿悬挂座进行前后滑动的活动销轴，两个弹卡的后部通过常态将弹卡向外弹性顶出的张簧连接至活动销轴。其中：悬挂机构的后端还依次连接护孔管和转换装置，所述的转换装置的前端为正丝螺纹，后端为反丝螺纹以提供转换连接功能。其中：所述过滤防堵装置还包含下放组件，所述下放组件包含转换杆、下放杆和下放装置，其中转换杆的一端为正丝螺纹，与下放杆连接，另一端为反丝螺纹，以与过滤防堵装置的转换装置连接；下放杆两端均为正丝螺纹且能多根依次连接，下放装置由液压动力驱动。通过上述结构可知，本专利技术的基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法以井下槽波地震和直流电法等物探方法圈定的老空区的大概空间范围为基础，利用束状定向钻孔查明老空区具体空间参数和充水情况，并进行老空水疏放，减少了矿井老空水害致灾风险，具有以下显著优势：①一孔多用，既可对老空区进行精确探查，又可对老空水进行疏放。②探查距离远、范围广、精度高，束状定向钻孔采用随钻测量定向钻进技术施工，可以精确控制钻孔轨迹长距离延伸，并可利用多分支孔确保大面积覆盖，钻孔轨迹测量误差小于5‰。③安全性高，束状定向钻孔施工时采用孔口控压防喷装置确保钻进施工安全，成孔后采用孔口控量放水装置进行放水控制，实现了控压控量放水，确保钻孔施工和放水安全。④疏放效果好，利用轴向分支孔和横向分支孔确保达到老空区最低点，且设置了过滤防堵装置，避免钻孔失效，确保长期稳定疏放和完全疏放。本专利技术的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。附图说明图1显示了本专利技术的基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法的原理示意图。图2显示了本专利技术的孔口控压防喷装置。图3显示了本专利技术的孔口控量放水装置示意图。图4显示了本专利技术的单悬挂机构时过滤防堵装置示意图。图5显示了本专利技术的单悬挂机构时过滤防堵装置剖面示意图。图6显示了本专利技术的多悬挂机构时过滤防堵装置示意图。附图标记：老空区1、束状定向钻孔2、主孔3、垂向分支孔4、轴向分支孔5、横向分支孔6、贯通点7、孔口管8、法兰管9、压力表10、第一闸阀11、三通12、钻杆密封组件13、第二闸阀14、矿用液体流量计15、排水管16、过滤管17、密封塞18、悬挂机构19、护孔管20、转换装置21、张簧22、弹卡23、固定销轴24、活动销轴25、悬挂座26。具体实施方式参见图1，显示了本专利技术的基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法的具体应用环境，老空区1通常位于煤层和岩层等的包围之中，在该实施例中，所述矿井老空水精确探放方法包括以下步骤：步骤一：粗探老空区1的空间位置；可采用井下槽波地震和直流电法等物探方法进行老空区1的粗探，还可结合矿井开采的资料资料，从而初步圈定老空区1的整体空间范围，还可初步判断老空区1是否充水。步骤二：确定钻场；在初步圈定老空区1的整体空间范围后，选择距离老空区1较近的位置设置钻场，并铺设排水管路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：粗探老空区的空间位置；采用物探方法进行老空区的粗探，初步圈定老空区的整体空间范围；步骤二：确定钻场，并铺设排水管路和设置排水设施；步骤三：确定束状定向钻孔的具体结构；所述束状定向钻孔包含主孔、垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔，以主孔为中心，垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔相对主孔呈束状排列，束状定向钻孔与老空区的交汇点为贯通点；步骤四：套管孔段施工并安装孔口控压防喷装置；步骤五：进行束状定向钻孔中主孔、垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔的具体钻入，以得到老空区的具体高度、长度以及宽度，在钻入过程中安装过滤防堵装置；步骤六：通过束状定向钻孔对老空区进行控量排水，在束状定向钻孔所有分支孔施工完成后，组装孔口控量放水装置，根据钻场排水能力，控制老空水疏放速度，直至老空水疏放量达到矿井安全开采要求为止。

【技术特征摘要】
1.一种基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：粗探老空区的空间位置；采用物探方法进行老空区的粗探，初步圈定老空区的整体空间范围；步骤二：确定钻场，并铺设排水管路和设置排水设施；步骤三：确定束状定向钻孔的具体结构；所述束状定向钻孔包含主孔、垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔，以主孔为中心，垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔相对主孔呈束状排列，束状定向钻孔与老空区的交汇点为贯通点；步骤四：套管孔段施工并安装孔口控压防喷装置；步骤五：进行束状定向钻孔中主孔、垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔的具体钻入，以得到老空区的具体高度、长度以及宽度，在钻入过程中安装过滤防堵装置；步骤六：通过束状定向钻孔对老空区进行控量排水，在束状定向钻孔所有分支孔施工完成后，组装孔口控量放水装置，根据钻场排水能力，控制老空水疏放速度，直至老空水疏放量达到矿井安全开采要求为止。2.如权利要求1所述的矿井老空水精确探放方法，其特征在于：所述垂向分支孔、轴向分支孔和横向分支孔的倾角均为正值，便于老空水疏放。3.如权利要求1所述的矿井老空水精确探放方法，其特征在于：在步骤五中，先通过定向钻具进行主孔钻入，然后朝主孔上下方向施工垂向分支孔，查明老空区的高度；沿主孔延伸方向施工轴向分支孔，查明老空区长度；向主孔左右方向施工横向分支孔，查明老空区的宽度。4.如权利要求1所述的矿井老空水精确探放方法，其特征在于：孔口控压防喷装置由孔口管、法兰管、压力表、第一闸阀、三通、钻杆密封组件、第二闸阀、矿用液体流量计、排水管组成，其中孔口管、法兰管、第一闸阀依次连接至三通的一个出口，所述钻杆密封组件连接至三通相对第一闸阀的出口，所述三通垂直于第一闸阀的出口依次连接有第二闸阀、矿用液体流量计、排水管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泉新，方俊，褚志伟，许超，刘飞，赵建国，陈盼，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61