【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于区域水害超前探查，具体涉及一种基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法。
技术介绍
1、煤矿矿井在以往采掘揭露经验中，经常会发生奥灰出水和小窑积水出水，涌水量普遍较大，对矿井造成较大威胁，在采区采掘范围内，尤其是掘进巷道，巷道掘进前通常需要排除老空区水害和小窑积水隐患，保证巷道前方无富水异常时才能掘进。目前巷道掘进水害超前探查一般采用钻探和物探相结合的探查方法，该方法在钻探前，采用地震、电法、瞬变等方法进行巷道综合超前探测，结合钻探揭露资料获取迎头前方构造发育及富水性情况，在钻探过程中，钻杆上安装随钻地震记录编录仪从而形成孔内、孔外观测系统，随钻确定钻孔空间轨迹，随机测试钻进过程中的钻孔围岩不同地震属性，同时对钻探过程全程管控，在钻探成孔后，采用钻孔电视对钻孔进行摄录，确定成孔质量，获取孔壁岩性变化、裂隙发育及出水情况，形成数字化钻孔岩心，并在巷孔进行瞬变电磁探测工作，采用巷道先激发、孔内再接收的方式完成超前探查工作。
2、采取先物探再钻探的工作思路虽然正确，但仍存在以下问题：(一)尽管在区域水害超前探查时可选的地震类或电磁类等物探方法较多，但每一种物探方法均存在各自的使用前提和条件；(二)在复杂地质探测条件下，仅仅将物探仪器布设在巷道或巷口，简单的采用老装备或旧方法完成超前探查工作，已无法满足巷道超前探查工作对精准度和高效性的要求；(三)同一地点交叉作业，无法确保人员与设备的安全；(四)修筑钻场、准备物料、打运设备等工程量大，前期不仅耗时耗力且不确定因素较多。
技术
1、针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法,解决了煤矿井下水害超前探查工作无法“探、掘并行”的现状，利用定向钻场解决了掘进工作面后方无处安设前探设备的难题，降低了煤矿井下水害超前探查现场作业人员的施工难度，同时极大地保护了作业人员的安全和设备安全。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以解决：
3、一种基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法，具体包括如下步骤：
4、步骤1，确定超前探查施工场地：根据煤矿采区大巷掘前防治水工作的需要，对待掘巷道位置和相关地层情况进行技术方案可行性调查，确定待掘巷道内钻场、钻机、钻具、物料的布设位置及尺寸参数；
5、步骤2，确定定向钻孔路线：根据待掘巷道以及掘进工作面过次一级东西向宽缓向斜核部的路线，确定从辅助运输巷穿入胶带运输巷的巷道底板稳定硬岩体中，待进入目标层之后保持定向钻孔的轨迹与地层实际起伏一致的定向钻孔路线；
6、步骤3，定向钻场掘进：选择掘进工作面的辅助运输巷的一处不影响掘进工作面正常掘进的位置作为定向钻孔路线的起始位置，并在该起始位置处掘进定向钻场；
7、步骤4，开孔：根据定向钻孔路线设计，在定向钻场的巷道底部中开孔，开孔的方向指向待掘巷道走向；开孔完成后，下入带闸阀的地质封孔管，然后在地质封孔管与孔壁之间注入封孔材料封孔；
8、步骤5，钻进得到定向钻孔：定向钻机以定向钻场为施工场地，沿设计的定向钻孔路线钻进，形成依次穿过辅助运输巷的定向钻场底部岩层和胶带运输巷下盘底板硬岩体的定向钻孔；
9、步骤6，自主式孔中物探；
10、步骤7，封孔：孔中物探结束后，安装封孔器，对全孔段进行注水泥浆封孔工作，注浆前对钻孔进行全段压水试验，试验合格后注入水泥浆完成封孔工作。
11、进一步的，步骤4中，开孔的倾角取决于钻机倾斜能力，并且与巷道底板硬岩体距离巷道底部的长度有关，以便后续以最短的距离使定向钻孔轨迹方位调整至沿地层实际起伏一致的走向延伸。
12、进一步的，步骤6中，采用可开闭式物探推送装置进行物探，所述可开闭式物探推送装置包括空腔管体、切削尺块体、可开闭式切削挡尺以及管内卡扣器四部分，其中：空腔管体的一端加工有母锥内螺纹，靠近母锥内螺纹一侧的内壁上设有两个对称的凹槽，每个凹槽中分别安装有卡扣器，卡扣器由弹簧和信号模块体组成，两者通过底座块焊接为一体；空腔管体的另一端端面上安设有均匀分布的四个切削尺块体和一个可开闭式切削挡尺，所有切削尺块体相同的侧壁上焊有pdc复合片以增加切削齿的研磨钻进能力，可开闭式切削挡尺侧壁上安装有pdc复合片，且其末端设有信号模块体；可开闭式切削挡尺通过转轴实现开闭功能。
13、进一步的，步骤6中具体包括如下步骤：
14、步骤61，定向钻机安装基于钻机推送的孔中瞬变电磁仪器后，将仪器的发射线圈与接收探头一同装入可开闭式物探推送装置中，可开闭式物探推送装置内嵌的管内卡扣器25将瞬变电磁仪器固定住；
15、步骤62，随后由定向钻机推送定向钻杆将设备推送至定向钻孔中直至计划孔深位置，将孔中瞬变电磁仪器从可开闭式物探推送装置中推出，推出时管内卡扣器以及可开闭式切削挡尺上的信号模块体分两步依次弹开，只有当两个信号模块体均弹开后，孔中瞬变电磁仪器内置的电池电路才会闭合；
16、步骤63，随后仪器供电开始工作，逐点进行三分量测量，通过顺钻孔方向的垂直分量z的二次场分析钻孔周围可能存在的低阻异常区，通过垂直于钻孔且相互正交的两组水平分量x、y的二次场分析异常相对于钻孔的空间方位，最终形成以钻孔为中心、径向一定距离范围内的圆柱形探测区域。
17、相较于现有技术，本专利技术具有如下技术效果：
18、(1)采用了定向钻进技术实现了矿井掘进工作面沿掘进方向的待掘区域远距离超前探查工作；
19、(2)利用定向钻孔，通过人为控制钻孔轨迹，有目的的使其沿巷道掘进方向穿入待掘区域顶(底)板及侧帮走向延伸，从而实现对待掘区域含水情况超前探查效果最大化；
20、(3)利用定向钻孔，选择不影响掘进工作面正常掘进位置进行定向钻孔钻进及远距离孔中瞬变电磁探测工作，可以保证掘进工作面正常作业及设备安全；
21、(4)采用井下定向钻探技术结合孔中物探技术，对掘进工作面沿巷道掘进方向穿入待掘区域顶(底)板及侧帮硬岩体进行长距离精准定向孔中瞬变电磁探测，可减少探放水钻孔个数，且可以实现超前探查，对巷道掘进进度影响较小，不仅降低了施工成本，并且更加经济适用。
22、(5)使用可开闭式物探推送装置，设计有可开闭式切削挡尺和管内卡扣器两个信号模块，两级模块同时打开时物探仪器方可通电工作，这使得孔中物探工作彻底摆脱了探测仪器内置电池容量不足所导致的探测距离较短的局限性，节省了物探仪器因搬运、组装和下钻等工艺步骤期间损耗的设备内置电池的电量，真正意义上的拥有了可以自定义探测深度和任意选择探测区段的能力。
23、(6)自主式孔中物探步骤选择使用可开闭式物探推送装置，该装置设计有可开闭式切削齿部件组，实现了钻孔在复杂地质条件下、在轨迹控制不理想时或者孔内出现轻微塌孔(缩径)情况时，仍然可以进行孔内瞬变电磁超前探测工作的技术突破。
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1.一种基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法，其特征在于，步骤4中，开孔的倾角取决于钻机倾斜能力，并且与巷道底板硬岩体距离巷道底部的长度有关，以便后续以最短的距离使定向钻孔(6)轨迹方位调整至沿地层实际起伏一致的走向延伸。
3.如权利要求1所述的基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法，其特征在于，步骤6中，采用可开闭式物探推送装置进行物探，所述可开闭式物探推送装置(21)包括空腔管体(22)、切削尺块体(23)、可开闭式切削挡尺(24)以及管内卡扣器(25)四部分，其中：空腔管体(22)的一端加工有母锥内螺纹(26)，靠近母锥内螺纹(26)一侧的内壁上设有两个对称的凹槽，每个凹槽中分别安装有卡扣器(25，卡扣器由弹簧(29)和信号模块体(28)组成，两者通过底座块(31)焊接为一体；空腔管体(22)的另一端端面上安设有均匀分布的四个切削尺块体(23)和一个可开闭式切削挡尺(24)，所有切削尺块体(23)相同的侧壁上焊有PDC复合片(
4.如权利要求3所述的基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法，其特征在于，步骤6中具体包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法，其特征在于，步骤4中，开孔的倾角取决于钻机倾斜能力，并且与巷道底板硬岩体距离巷道底部的长度有关，以便后续以最短的距离使定向钻孔(6)轨迹方位调整至沿地层实际起伏一致的走向延伸。
3.如权利要求1所述的基于定向钻进技术的掘进巷道水害自主式超前探查方法，其特征在于，步骤6中，采用可开闭式物探推送装置进行物探，所述可开闭式物探推送装置(21)包括空腔管体(22)、切削尺块体(23)、可开闭式切削挡尺(24)以及管内卡扣器(25)四部分，其中：空腔管体(22)的一端...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙昊达，白刚，王毅，张杰，彭旭，王博，袁子航，王耀民，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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