一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法技术

本发明专利技术涉及急倾斜采空区钻探治理技术领域，尤其是一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法包括如下步骤：S1：根据急倾斜多煤层采空区的充填治理要求，选择合适的钻探设备；S2：钻探施工前，做好钻孔冲洗液漏失应急预案；S3：通过顺煤层倾向定向钻孔在边界构建注浆帷幕；S4：地表垂直钻孔并通过钻孔注浆步骤实现浅部采空区治理；S5：沿煤层法向定向钻孔并通过钻孔注浆步骤完成深部采空区治理；S6：沿煤层走向近水平钻孔对注浆治理效果进行检测和补强。本发明专利技术的组合式钻探成孔工艺能够确保注浆钻孔安全、高效成孔，充分保障注浆效果；尤其对于急倾斜多煤层采空区，矿井内存在较多联系复杂的顺槽巷道，采用组合钻探工艺，显著提高注浆充填质量。提高注浆充填质量。提高注浆充填质量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法


[0001]本专利技术涉及急倾斜采空区钻探治理
，特别涉及一种针对急倾斜破碎煤层采空区可实现快速、安全、高效地进行钻探施工方法，尤其是一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法。

技术介绍

[0002]倾角在8
°
以下的煤层为近水平煤层，倾角在8
°‑
25
°
之间的煤层为缓倾斜煤层，倾角在25
°‑
45
°
之间的煤层为倾斜煤层，倾角在45
°
以上的为急倾斜煤层。现有技术中针对近水平煤层、缓倾斜煤层等煤层的采空区钻探开采的技术已经相对成熟，且存在一定数量的现有技术方案。
[0003]目前也存在一些急倾斜地层进行钻探的公开技术，例如：在专利申请号为CN201010152658.6的专利文献中就公开了一种在急倾斜地层中进行定向斜孔钻探的方法的专利技术。但是，其主要是针对普通的急倾斜地层的岩芯钻探施工环境进行定向斜孔钻探的工艺改进，而非对已经经过采煤后并形成采空区的急倾斜煤层采空区破碎地层特殊环境。
[0004]现有技术中针对采煤后并形成采空区的急倾斜煤层采空区破碎地层特殊环境的充填、钻探技术依然存在相对不足，究其原因主要是因为急倾斜煤层采空区破碎地层特殊环境存在施工隐患大、地质环境复杂、施工难度高等问题。
[0005]众所周知，目前国内已开采急倾斜煤层采空区多为近距离多煤层采空区。在开采急倾斜近距离煤层群时，开采下层煤时，导水裂隙带通常会发育至上层煤，导致开采期间上下煤层采空区贯通，影响上层煤开采；先开采上层煤时，不同于近水平煤层，急倾斜煤层采空区底板裂隙带很可能会发育至下层，影响下层煤开采。
[0006]急倾斜煤系地层采动裂隙发育，地表沉陷变形显著，常出现槽形塌陷；尤其在煤层露头区，通常发生抽冒塌陷现象，急倾斜近距离煤层群开采易形成较大范围的地表积水区。对地表建构筑物破坏较大，这也对采煤沉陷区注浆减沉提出了较高的要求，且大范围的积水区显著限制了钻孔布设形式和钻探施工工艺。
[0007]另外，现有技术中主要是采用传统的急倾斜煤层采空区钻探方法（即：传统垂直钻孔工艺），无论是国家标准规范还是工程建设实践，应用于急倾斜煤层采空区的传统垂直钻探工艺于近水平煤层采空区基本一致，无论是垂直注浆钻孔的布置方式，还是钻孔结构和钻进工艺参数均无明显变化；都是采用方格形或三角形均布形式布孔，二开钻孔结构。
[0008]这种施工工艺的工程量大，穿多层采空区成孔施工工艺复杂，且钻孔轨迹难以控制，成孔周期长，效率低；且单孔注浆充填辐射面积小、注浆效率低、常规垂直钻孔轨迹不可控、贯穿多煤层采空区地层成孔难度大、受限于地表大范围积水无法布孔。
[0009]另外，采用上述垂直钻探工艺，以方格形或三角形均匀布置注浆钻孔，这种钻孔工艺和方法还存在以下问题：（1）在开采急斜煤层时，由于煤层倾角较大，岩石重力作用方向与岩石层理面方向
所成的夹角变小，故使重力沿层理方向的作用力大大增加。这就使围岩移动、顶板冒落的形态，以及巷道变形特征等，产生了与开采缓斜煤层时不同的一系列特点。尤其是上覆岩层导水裂隙带发育形态的特殊性和采空区剩余空隙分布特征的不同，常规钻探工艺和钻孔布置形式缺乏针对性，注浆充填效率不高，存在注浆质量隐患的可能性较大。
[0010]（2）急倾斜煤层赋存状态的特殊性，一般经历过强烈的地质变动。地质构造较复杂，赋存不稳定。常规垂直钻孔成孔困难，钻孔轨迹控制难度大，成孔效率低。
[0011]（3）急倾斜煤系地层采动裂隙发育，地表沉陷变形显著，常出现槽形塌陷；尤其在煤层露头区，通常发生抽冒塌陷现象，急倾斜近距离煤层群开采易形成较大范围的地表积水区。对地表建构筑物破坏较大，这也对采煤沉陷区注浆减沉提出了较高的要求，且大范围的积水区显著限制了钻孔布设形式和钻探施工工艺。常规的垂直钻探工艺已不能满足急倾斜煤层采空区注浆治理要求。
[0012]（4）目前国内已开采急倾斜煤层采空区多为近距离多煤层采空区。针对急倾斜近距离煤层群采空区，常规垂直钻探工艺成孔困难，钻进速度慢，易发生钻探事故，注浆效率低。
[0013]（5）急倾斜煤层在矿井开拓、开采方式、顶板管理方式、采区巷道布置以及采场回采工艺上都有自己的特点，采空区工作面与巷道布置方式的显著不同使得注浆钻孔布置形式的不同。常规垂直钻孔沿倾向以一定间距布置，易出现注浆盲区，产生注浆质量隐患。且常规垂直钻孔由于钻孔轨迹精度有限，难以精准打中采区巷道，可能产生注浆质量薄弱区。
[0014]为此，本专利技术在此提出了一种针对急倾斜多煤层采空区实现快速、安全、高效地进行钻探施工的方法，可以有效地解决传统垂直钻孔注浆充填面临的诸多困境和不足，更好地解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0015]本专利技术为解决上述技术问题之一，所采用的技术方案是：一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法，包括如下步骤：S1：根据采空区的埋深、覆岩岩性、钻孔类型、钻孔结构要求，选择合适的钻探设备；S2：钻探施工前，做好钻孔冲洗液漏失应急预案；S3：施工时，通过顺煤层倾向定向钻孔（工艺a）在治理区边界构建注浆帷幕；先在急倾斜煤层采空区治理边界施工顺煤层倾向帷幕钻孔，当上下不同水平采空区导通时，施工时贯穿多个水平的采空区，钻探时采用前进式分段成孔工艺，在采煤沉陷区治理范围边界施工。
[0016]顺煤层倾向定向钻孔，钻孔采用前进分段成孔工艺，一个钻孔同时贯穿多个水平的采空区，构建帷幕效率高。
[0017]S4：边界构建注浆帷幕完成后，施工地表垂直钻孔（工艺b）并通过钻孔注浆步骤实现治理区域内浅部急倾斜多煤层采空区治理；在此设计的地表垂直钻孔（工艺b）钻孔结构简单，无效注浆段少，成孔效率高、费用低，能够很好的完成内部急倾斜多煤层采空区中埋深较浅、煤层露头区采空区的有效注浆。
[0018]S5：地表垂直钻孔（工艺b）进行的同时，施工沿煤层法向定向钻孔（工艺c）并通过钻孔注浆步骤完成深部采空区治理；钻孔结构为多分支倾斜定向钻孔，针对埋深大的下层位采空区，或者因地表积水导致不具备垂直钻孔施工条件的采空区，沿煤层法向定向钻孔（工艺c）完成深部采空区治理。解决了传统工艺中从地表施工垂直钻孔难度大，贯穿多层采空区，地层破碎，钻孔事故率高，成孔困难的问题；在此特定区域采用法向定向钻孔，利用定向钻孔从工作面以外较完整地层进入采空区，提高成孔效率，且利用多分支定向钻孔，提高定向充填钻孔的注浆效率，减少无效注浆孔段。
[0019]在此，地表垂直钻孔（工艺b）和沿煤层法向定向钻孔（工艺c）同步施工，可以实现上下不同开采水平采空区同时注浆，大大缩短治理工期，提高治理效率。
[0020]S6：地表垂直钻孔（工艺b）、沿煤层法向定向钻孔（工艺c）治理完成后，施工沿煤层走向近水平钻孔（工艺d）对注浆治理效果进行检测和补强。
[0021]由于沿采空区破碎地层施工长距离近水平钻孔技术难度较大，需在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：根据采空区的埋深、覆岩岩性、钻孔类型、钻孔结构要求，选择合适的钻探设备；S2：钻探施工前，做好钻孔冲洗液漏失应急预案；S3：施工时，通过顺煤层倾向定向钻孔在治理区边界构建注浆帷幕；S4：边界构建注浆帷幕完成后，施工地表垂直钻孔并通过钻孔注浆步骤实现治理区域内浅部急倾斜多煤层采空区治理；S5：地表垂直钻孔进行的同时，施工沿煤层法向定向钻孔并通过钻孔注浆步骤完成深部采空区治理；S6：地表垂直钻孔、沿煤层法向定向钻孔治理完成后，施工沿煤层走向近水平钻孔对注浆治理效果进行检测和补强。2.根据权利要求1的一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法，其特征在于：顺煤层倾向定向钻孔施工中，当治理区边界煤层在不同水平存在多个工作面采空区时，应采用前进式分段成孔方法，直至进入治理区边界采空区；沿煤层走向近水平钻孔，当工作面倾向宽度较大，沿煤层走向仅布设一个钻孔无法充分覆盖同一个工作面采空区时，应将定向钻主孔布置在工作面上部，待主孔完成注浆后，在主孔下方布设分支钻孔，各分支钻孔从上往下依次前进式钻进成孔。3.根据权利要求2的一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法，其特征在于：当同一煤层在不同水平存在多个工作面采空区时，沿煤层法向进入深部采空区，先从低处采空区开始钻孔注浆，完成后，逐步向上施工。4.根据权利要求3的一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法，其特征在于：当遇某一采区的急倾斜煤层采空区需要局部充填时，在注浆充填区域的边界采用低流动性的浆液构筑隔离帷幕，构建注浆边界帷幕，避免浆液向治理区外的采空区扩散；其中，边界是指当前治理区垂直方向的上下边界。5.根据权利要求4的一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法，其特征在于：上述的构建帷幕的钻探方法包括如下步骤：根据注浆浆液扩散范围估...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建文，赵文，邵红旗，方军，张超，曹新款，王庆涛，赵冬，晁康，李永华，
申请(专利权)人：中煤科工鑫融科技创新发展有限公司中煤科工循环产业研究院山东有限公司，
类型：发明
国别省市：