封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法技术

一种封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，利用井下定向钻探技术封堵断层破碎带高压钻孔涌水，可有效解决常规钻探引流孔难以揭露突水钻孔的问题，提高了施工效率；同时选择安全区域施工远距离定向引流孔可避免孔内插管引流注浆法作业人员暴露于高水压、破碎围岩施工区域，有效降低作业人员施工风险，本发明专利技术的布孔方式综合考虑了围岩体加固及涌水钻孔引流，同时利用井下定向钻探技术较高的钻进效率、精准的钻孔控制，有效克服了施工常规加固孔的钻探、注浆工程工序繁琐、工期长、钻孔数量多的缺点。

【技术实现步骤摘要】
封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法
本专利技术涉及井下钻孔涌水封堵技术，属于煤矿防治水及地下水资源保护的
，尤其涉及一种封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法。
技术介绍
井下钻孔涌水是煤矿水害的一种主要类型，针对井下钻孔水害类型，常用的封堵治理技术有砌挡墙注浆、静压注浆及引流注浆法等。治理方法各有优缺点：砌挡墙注浆法特点是安全可靠，但需要封堵巷道，工程量大、工期长；静压注浆法适用于中低水压钻孔涌水治理，针对高水压、破碎围岩，需先加固围岩再注浆，但加固孔钻探、注浆会对围岩产生二次扰动，作业风险较大；井下引流注浆法工期短、工程量小，但也存在如下问题：施工外部引流孔受井下常规钻探技术所限，难以一次揭露突水钻孔，施工具有一定盲目性，孔内插管引流注浆法需要在高水压、破碎围岩突水钻孔处作业，对作业人员威胁较大，同时高水压易冲散浆液，不利于引流管的固井工作，为后序孔内高压注浆带来不确定性风险。井下断层破碎带高压钻孔具有围岩破碎、水压高的特点，针对这种类型的涌水，砌挡墙注浆效率低、静压注浆风险高、管外引流注浆效率低、管内引流注浆风险大。因此，如何安全、高效封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水，是本领域长期难以解决的技术难题。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，研究设计出一种封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，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封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，利用井下定向钻探技术封堵断层破碎带高压钻孔涌水，可有效解决目前井下破碎、高压涌水钻孔封堵方法所带来的工程量大、工期长、作业风险大、引流效果差、注浆效果较差的问题。为实现上述目的，本专利技术公开了一种封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，其特征在于包含如下步骤：步骤一：选择顶板岩层中完整且坚硬的地段作为定向钻孔开孔位置，分别施工定向引流孔及定向加固孔，定向引流孔的终孔穿过涌水钻孔，所述定向引流孔的个数为1～3个，定向加固孔的终孔位置穿过断层破碎带，定向加固孔的个数为2～5个；步骤二：定向引流孔内安装引流装置，将涌水钻孔内的水从定向引流孔引出，减小涌水钻孔下段注浆时的水压力，将孔内水引至定向引流孔，进行引流孔固井，待凝48h；步骤三：通过定向加固孔对断层及钻孔附近顶板破碎岩层进行注浆加固；步骤四：对涌水钻孔的下段进行注浆，浆液经引流装置从引流孔返浆后，停止注浆，关闭涌水钻孔阀门，待凝48h，注浆完成后，涌水钻孔下段注浆充填完毕；步骤五：从引流孔对涌水钻孔上段进行注浆，关闭涌水钻孔阀门，待凝48h，注浆完成后，涌水钻孔上段注浆完毕。其中：定向引流孔的裸孔段孔径大于涌水钻孔孔径。其中：施工1～3个定向引流孔及2～5个定向加固孔，所述两个定向加固孔位于定向引流孔的下方且包含分列于定向引流孔两侧的第一定向加固孔和第二定向加固孔。其中：所述终孔揭露涌水钻孔垂高的一半以上。其中：所述定向加固孔的布置根据公式1、2确定：公式1为浆液扩散半径计算公式：式中R为浆液扩散半径(m)；pc为注浆孔内压力；p0为裂缝内地下水压力；T为注浆时间；δ为裂缝宽度；rc为注浆孔半径；μ为浆液黏度；公式2为巷道围岩松动圈半径计算公式：式中R1为围岩塑性带半径，单位为m；R0为巷道半径；σ0为原岩应力；为内摩擦角；C为黏聚力；Pi为支护阻力。其中：引流装置包括引流管及引流器两部分，材质为铸铁，引流管的壁厚为2～5mm，引流器长度为0.2～0.5m，焊接于引流管一端。其中：所述引流管的通过多根圆筒管连接而成，所述引流管的多根圆筒管之间通过丝扣连接，通过钻机放置于定向引流孔内。其中：所述引流器为四叶状引流器。其中：步骤四中注浆所用材料为水泥浆，水灰比0.7:1～1.2:1，注浆方式为低压充填注浆，注浆压力不大于3MPa。其中：步骤五中注浆所用材料为水泥浆，水灰比0.7:1～1.2:1，注浆方式为高压充填及渗透注浆，注浆结束压力为水压的2倍。通过上述内容可知，本专利技术的封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法具有如下效果：1、利用井下定向钻探技术可有效解决常规钻探引流孔难以揭露突水钻孔的问题，提高了施工效率；同时选择安全区域施工远距离定向引流孔可避免孔内插管引流注浆法作业人员暴露于高水压、破碎围岩施工区域，有效降低作业人员施工风险。2、布孔方式综合考虑了围岩体加固及涌水钻孔引流，同时利用井下定向钻探技术较高的钻进效率、精准的钻孔控制，有效克服了施工常规加固孔的钻探、注浆工程工序繁琐、工期长、钻孔数量多的缺点。3、注浆工艺有效减小了施工常规加固孔钻探、注浆对围岩的二次损伤，保证施工安全。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封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法的井下定向钻孔布置剖面示意图。图2显示了本专利技术的井下定向钻孔布置平面示意图。图3显示了本专利技术的引流装置的三维示意图。图4显示了本专利技术的引流装置俯视示意图。图5显示了本专利技术的注浆前钻孔涌水示意图。图6显示了本专利技术的引流装置引流示意图。图7显示了本专利技术的定向加固孔注浆加固示意图。图8显示了本专利技术的涌水钻孔下段低压充填注浆示意图。图9显示了本专利技术的引流孔高压封孔注浆示意图。附图标记：1泥岩隔水层；2煤层；3-1未掘巷道；3-2已掘巷道；4砂岩含水层；5断层；6钻孔；7定向引流孔；8定向加固孔；9引流管；10引流器；11涌水钻孔水泥固井；12含水层地下水流向；13引流孔固井；14定向加固孔低压注浆时水泥浆流向；14-1涌水钻孔下段低压充填注浆时水泥浆流向；14-2定向引流孔高压注浆时水泥浆流向。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和或它们的组合。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田某矿井巷道掘进过程中实施超前探放水钻孔6(如图1所示，钻孔的孔深120m，垂高100m，倾角60°，裸孔段孔径为50mm)，探查到巷道迎头前方有一条断层5，钻孔揭露顶板高压的砂岩含水层4，孔口水压＞4MPa，水量＞200m3/h。关闭孔口阀门后钻孔附近顶板发生大面积淋水(水量＞20m3/h)，同时在长时间的高水压浸泡及断层作用下，钻孔附近顶板岩层破碎，发生下沉(下沉量约0.1m)，严重威胁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，其特征在于包含如下步骤：/n步骤一：选择顶板岩层中完整且坚硬的地段作为定向钻孔开孔位置，分别施工定向引流孔及定向加固孔，定向引流孔的终孔穿过涌水钻孔，所述定向引流孔的个数为1～3个，定向加固孔的终孔位置穿过断层破碎带，定向加固孔的个数为2～5个；/n步骤二：定向引流孔内安装引流装置，将涌水钻孔内的水从定向引流孔引出，减小涌水钻孔下段注浆时的水压力，将孔内水引至定向引流孔，进行引流孔固井，待凝48h；/n步骤三：通过定向加固孔对断层及钻孔附近顶板破碎岩层进行注浆加固；/n步骤四：对涌水钻孔的下段进行注浆，浆液经引流装置从引流孔返浆后，停止注浆，关闭涌水钻孔阀门，待凝48h，注浆完成后，涌水钻孔下段注浆充填完毕；/n步骤五：从引流孔对涌水钻孔上段进行注浆，关闭涌水钻孔阀门，待凝48h，注浆完成后，涌水钻孔上段注浆完毕。/n

【技术特征摘要】
1.一种封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤一：选择顶板岩层中完整且坚硬的地段作为定向钻孔开孔位置，分别施工定向引流孔及定向加固孔，定向引流孔的终孔穿过涌水钻孔，所述定向引流孔的个数为1～3个，定向加固孔的终孔位置穿过断层破碎带，定向加固孔的个数为2～5个；
步骤二：定向引流孔内安装引流装置，将涌水钻孔内的水从定向引流孔引出，减小涌水钻孔下段注浆时的水压力，将孔内水引至定向引流孔，进行引流孔固井，待凝48h；
步骤三：通过定向加固孔对断层及钻孔附近顶板破碎岩层进行注浆加固；
步骤四：对涌水钻孔的下段进行注浆，浆液经引流装置从引流孔返浆后，停止注浆，关闭涌水钻孔阀门，待凝48h，注浆完成后，涌水钻孔下段注浆充填完毕；
步骤五：从引流孔对涌水钻孔上段进行注浆，关闭涌水钻孔阀门，待凝48h，注浆完成后，涌水钻孔上段注浆完毕。


2.如权利要求1所述的封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，其特征在于：定向引流孔的裸孔段孔径大于涌水钻孔孔径。


3.如权利要求1所述的封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，其特征在于：施工1～3个定向引流孔及2～5个定向加固孔，所述两个定向加固孔位于定向引流孔的下方且包含分列于定向引流孔两侧的第一定向加固孔和第二定向加固孔。


4.如权利要求1所述的封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，其特征在于：所述终孔揭露涌水钻孔垂高的一半以上。


5.如权利要求1所述的封堵井下断层破碎带高压钻孔涌水的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛建坤，王皓，赵春虎，杨建，尚宏波，孙洁，董兴玲，王强民，
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