基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法及系统技术方案

本发明专利技术基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法及系统，岩溶陷落柱位置确定后，预先选定岩溶陷落柱裂隙区，在岩溶充水水源与待回采煤层之间采用叠层多分支水平井精准建造足够范围和足够厚度的止水塞，阻断高压岩溶水与回采煤层的联系，消除突水威胁。超前治理岩溶陷落柱，是陷落柱水害治理由被动向主动转变的一次有益尝试，为打造煤矿防治水本安型矿井提供技术支撑。提供技术支撑。提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法及系统


[0001]本专利技术涉及煤矿防治水
，具体来说是基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法及系统。

技术介绍

[0002]岩溶陷落柱是我国华北石炭
‑
二叠系煤田广泛发育不明地质异常体；不完全统计，华北煤田发现的岩溶陷落柱超10000个，其中山西约占85％、太行山东麓的河北和河南占12％。其它省份合计约占3％；岩溶陷落柱属于隐伏垂向构造，具有突水的隐蔽性、突发性。因此岩溶陷落柱是煤矿重大水害威胁，一旦突水将造成矿井灾难性后果。陷落柱的治理，一直是煤矿水害防治工作的重点与难点。目前陷落柱治理多发生在矿井突水事故后进行，如河北开滦集团范各庄矿、冀中能源的东庞矿，神华集团的骆驼山矿(内蒙古)，江苏徐州矿务集团的张集矿，皖北煤电集团有限公司任楼煤矿、淮北矿业集团的桃园矿、某矿业集团的潘二矿等。通行的做法是利用地面垂直钻孔或者垂向大倾角定向斜孔(便于骨料重力投送)，快速投注大量骨料，再分孔分段灌(注)入双液浆或单液水泥浆，先“截流”，后“堵源”。例如南生辉等针对河北东庞矿特大陷落柱突水淹井，采用了快速截流恢复生产和注浆封堵根治水患两个阶段的治理方案；郑士田等通过实例论述了特大型垂向导水通道——陷落柱中建立人工止水塞的技术与途径,并通过地面定向钻孔技术在安徽某潘二矿实现了“截流+堵源”；邵红旗等针对内蒙古骆驼山矿突水淹井，采用地面定向钻孔灌注双液浆快速建造阻水墙封堵突水巷道；赵苏启等论述了不同条件下陷落柱突水淹井采用巷道截流、止水塞、“三段式”、直接封堵、返流注浆、引流注浆等治理技术。
[0003]现有技术方法作为抢险救援方案，尽快封堵突水、尽快恢复矿井生产，取得很好的效果。但是应急处置往往造成骨料和浆液投注量巨大，即便是骨料也扩散很远，甚至造成主要大巷被充填，后期矿井恢复处置工程费时费力。如果岩溶陷落柱基底发育进入奥灰深部或者寒武灰岩，空间大、很难实现“堵源”。
[0004]如申请号为CN201510103932.3公开的一种分级分区注浆加固陷落柱使综采面直过软陷落柱的方法，该方法在勘探、排水的基础上，首先把陷落柱划分成：顶板加固区、截割区和底板加固区；再根据陷落柱形状、大小、位置和相应区域的加固厚度合理布置钻孔，并在各区域分别注入相应材料配比的浆液，注浆提高了陷落柱内部岩石的胶结性，从而使不同区域的陷落柱岩石达到所需的力学性能和承载能力；然后在工作面接近陷落柱时降低采高来减缓顶板活动的剧烈程度，降低对陷落柱的超前支承压力，使综采工作面可直接通过陷落柱。该方法与现有的注浆加固陷落柱使综采工作面直过陷落柱的方法相比大大地减少了工作量、材料浪费和费用，提高了生产效率和安全性。但是该方法采用井下钻孔，存在上述的种种风险。对于陷落柱已知的情况下，不适用此方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种施工难度小、治理效果好的陷落柱超前
治理方法。
[0006]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0007]基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1.地质勘探，确定疑似陷落柱的位置；
[0009]步骤2.确定陷落柱的平面形态、剖面形态、顶界位置、导水裂隙带发育高度，并对其导水性进行定量评述；
[0010]步骤3.根据步骤2的各项数据，确定陷落柱的平面治理范围；
[0011]步骤4.根据步骤3确定的治理范围，确定地面钻孔数量、位置、深度及剖面轨迹设计；
[0012]步骤5.钻孔，具体为：
[0013]首先地面钻孔至设计深度，记为主井，然后在主井底部水平钻设计数量的水平井，多个水平井基本位于同一高度，并覆盖陷落柱的平面治理范围；相邻两个主井的井底高度不同，使得相邻两层的水平井高度不同，且相邻两层的水平井钻进方向不同，多层水平井叠层形成覆盖陷落柱平面治理范围的平面网状结构；
[0014]步骤6.注浆，依据设计注浆原则，向多个主井内注浆，使每层水平井内浆液扩散至设定半径，凝固后形成设定厚度的止水塞。
[0015]本专利技术若岩溶陷落柱位置已知，预先选定岩溶陷落柱裂隙区，在岩溶充水水源与待回采煤层之间采用叠层多分支水平井精准建造足够范围和足够厚度的止水塞，阻断高压岩溶水与回采煤层的联系，消除突水威胁。超前治理岩溶陷落柱，是陷落柱水害治理由被动向主动转变的一次有益尝试，为打造煤矿防治水本安型矿井提供技术支撑。
[0016]本专利技术创新的采用主井钻至设计深度后再间隔布置多条水平井，上下层的水平井纵横交错，形成平面网状结构，且覆盖整个陷落柱的平面治理范围，注浆后形成设定后的止水塞，达到对陷落柱的超前治理目的；此方法施工难度小，超前治理降低开采风险，针适用于不同规模的陷落柱，止水效果极佳。
[0017]进一步的，所述步骤1中，通过三维地震探查初步确定疑似陷落柱的位置。
[0018]进一步的，所述步骤2中，通过地面钻探验证、地质资料研究确定陷落柱的平面形态、剖面形态、顶界位置、导水裂隙带发育高度，并对其导水性进行定量评述。
[0019]进一步的，所述步骤3中，陷落柱的平面治理范围具体确定原则为：
[0020]以待开采煤层的陷落柱外导水裂隙带范围为目标边界，沿其长轴、短轴方向分别外扩设定距离，形成以陷落柱为中心的平面治理范围。
[0021]进一步的，所述步骤5中，所述主井包括竖直段和水平段；所述水平段大致沿陷落柱的平面治理范围切线方向钻进；所述水平井自主井的水平段向陷落柱的平面治理范围内部钻进。
[0022]进一步的，不同所述主井的水平段沿陷落柱平面治理范围的不同位置切线钻进。
[0023]本专利技术还提供一种基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理系统，包括：
[0024]地质勘探模块，确定疑似陷落柱的位置；
[0025]陷落柱确定模块，确定陷落柱的平面形态、剖面形态、顶界位置、导水裂隙带发育高度，并对其导水性进行定量评述；
[0026]平面治理范围确定模块，根据陷落柱确定模块的各项数据，确定陷落柱的平面治
理范围；
[0027]钻孔设计模块，根据平面治理范围确定模块确定的治理范围，确定地面钻孔数量、位置、深度及剖面轨迹设计；
[0028]钻孔模块，钻孔方法具体为：
[0029]首先地面钻孔至设计深度，记为主井，然后在主井底部水平钻设计数量的水平井，多个水平井基本位于同一高度，并覆盖陷落柱的平面治理范围；相邻两个主井的井底高度不同，使得相邻两层的水平井高度不同，且相邻两层的水平井钻进方向不同，多层水平井叠层形成覆盖陷落柱平面治理范围的平面网状结构；
[0030]注浆模块，依据设计注浆原则，向多个主井内注浆，使每层水平井内浆液扩散至设定半径，凝固后形成设定厚度的止水塞。
[0031]进一步的，所述陷落柱的平面治理范围具体确定原则为：
[0032]以待开采煤层的陷落柱外导水裂隙带范围为目标边界，沿其长轴、短轴方向分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.地质勘探，确定疑似陷落柱的位置；步骤2.确定陷落柱的平面形态、剖面形态、顶界位置、导水裂隙带发育高度，并对其导水性进行定量评述；步骤3.根据步骤2的各项数据，确定陷落柱的平面治理范围；步骤4.根据步骤3确定的治理范围，确定地面钻孔数量、位置、深度及剖面轨迹设计；步骤5.钻孔，具体为：首先地面钻孔至设计深度，记为主井，然后在主井底部水平钻设计数量的水平井，多个水平井基本位于同一高度，并覆盖陷落柱的平面治理范围；相邻两个主井的井底高度不同，使得相邻两层的水平井高度不同，且相邻两层的水平井钻进方向不同，多层水平井叠层形成覆盖陷落柱平面治理范围的平面网状结构；步骤6.注浆，依据设计注浆原则，向多个主井内注浆，使每层水平井内浆液扩散至设定半径，凝固后形成设定厚度的止水塞。2.根据权利要求1所述的基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法，其特征在于，所述步骤1中，通过三维地震探查初步确定疑似陷落柱的位置。3.根据权利要求2所述的基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法，其特征在于，所述步骤2中，通过地面钻探验证、地质资料研究确定陷落柱的平面形态、剖面形态、顶界位置、导水裂隙带发育高度，并对其导水性进行定量评述。4.根据权利要求1所述的基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法，其特征在于，所述步骤3中，陷落柱的平面治理范围具体确定原则为：以待开采煤层的陷落柱外导水裂隙带范围为目标边界，沿其长轴、短轴方向分别外扩设定距离，形成以陷落柱为中心的平面治理范围。5.根据权利要求1所述的基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法，其特征在于，所述步骤5中，所述主井包括竖直段和水平段；所述水平段大致沿陷落柱的平面治理范围切线方向钻进；所述水平井自主井的水平段向陷落柱的平面治理范...

【专利技术属性】
技术研发人员：文东明，程志忠，石德洲，李正来，苏明金，常汉青，陈晓雷，万玉柱，魏涛，
申请(专利权)人：淮南矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：