一种针对奥陶系灰岩矿区的寻找及防止矿井渗水的方法技术

本发明专利技术公开了一种针对奥陶系灰岩矿区的寻找及防止矿井渗水的方法，在所述煤矿区域中心用第一钻头钻一个垂直于地面的第一竖井，竖井的深度是进入基岩后8至12米停钻固井；用第二钻头继续下钻直至穿透煤层后5至10米停钻固井；用第三钻头从多个方向分别斜向继续往下钻形成斜井、直至进入奥陶系灰岩后开始水平钻进；钻头在所述水平钻进的过程中寻找奥陶系灰岩缝隙、封堵缝隙直至到煤矿区域边缘；本发明专利技术与以往的直井注浆堵漏钻井相比，水平井多分支堵漏施工确实减少了人员、设备、施工占地等费用的投入；可安全高效解决煤矿下组煤的开采问题，提高每层地板隔水层的阻水性能，实施带压开采；能为煤矿开采节约大量的防治水资金，进一步解放煤炭资源量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于矿井水害防治工程的水平定向钻井技术，特别涉及。
技术介绍
随着煤矿开采不断向纵深发展，矿井采掘越来越受到地下水的严重威胁，特别是我国华北型煤矿企业把矿井防治水工作作为安全生产的首要任务来做，虽然在井下采取了钻探和物探等手段，但仍然不能彻底消除隐患，突发性水害依然发生。主要原因是深部煤炭资源处于带压开采状态，奥陶系灰岩含水层储水量大、水头压力高，含水层裂隙发育，存在隐伏导水构造，使得煤矿采掘过程中突水事故频繁发生。随着一些矿区或矿井开采时间的日益增加与开发强度的不断扩大，矿区或矿井后备储量不足、优质资源逐渐枯竭的问题也愈加突出。因此，安全、高效地解决下组煤的开采问题迫在眉睫。传统的疏水降压开采不仅增大了矿井的废水排放量和煤炭的生产成本，而且破坏地下水资源和生态环境。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，利用水平定向钻进技术提高煤层底板隔水层的阻水性能实施带压开采。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是: ，首先在煤矿区划分出一个处理渗水的煤矿区域，其中，所述方法的步骤是: 第一步:在所述煤矿区域中心用第一钻头钻一个垂直于地面的第一竖井，竖井的深度是进入基岩后8至12米停钻，下入套管固井，形成第一段固井； 第二步:用第二钻头从第一段固井的井底继续下钻直至穿透煤层后5至10米停钻，下入套管固井，形成第二段固井； 第三步:用第三钻头在第二段固井的井底，环绕井底四周从多个方向分别斜向继续往下钻形成斜井、直至进入奥陶系灰岩后开始水平钻进； 第四步:钻头在所述水平钻进的过程中寻找奥陶系灰岩缝隙、封堵缝隙直至到煤矿区域边缘； 所述寻找奥陶系灰岩缝隙、封堵缝隙直至到煤矿区域边缘的步骤是: 第一步:根据钻井液进、出钻头的流量判断奥陶系灰岩中否存在缝隙，当钻井液流出的量小于流进的量时，则认为钻头碰到奥陶系灰岩缝隙，抽出水平钻进钻头，放入灌浆管，通过灌浆管向奥陶系灰岩缝隙灌入水泥浆，直至水泥浆从灌浆管源头冒出； 第二步:取出灌浆管固定水泥浆至少48小时，放入钻头继续水平钻进，寻找下一个缝隙进行相同方法的处理直至所述煤矿区域边缘。方案进一步是:所述第一钻头下钻使用的钻井液是密度为1.05?1.10g/cm3的膨润土泥浆，泥浆泵压为2-3MPa，所述第二钻头使用的钻井液是密度为1.05?1.10g/cm3的低固相聚合物，泥浆泵压为4-6MPa，第三钻头下钻使用的钻井液是密度为1.05?1.1Og/cm3的低固相聚合物,泥衆泵压为6-8MPa。方案进一步是:所述通过灌浆管向奥陶系灰岩缝隙灌入水泥浆的灌浆压力直至SMPa到水泥浆从灌浆管源头冒出。方案进一步是:所述环绕井底四周从多个方向是环绕井底四周至少从4个方向分别斜向继续往下钻、直至进入奥陶系灰岩后开始水平钻进，每两个相邻方向的夹角相等。方案进一步是:所述基岩是原地质表土层之下的岩石层。方案进一步是:所述斜井是曲率半径为200m的弧形斜井。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:本专利技术从地面施工钻孔，该钻孔以水平井方式穿越奥陶纪灰岩地层，该水平井能有效寻找奥陶纪地层中的突水点，并能有效的探知所钻井眼范围内地层构造变化，为对突水点的封堵提供更加精确的数据，而相对于直井只能控制局部一点的地质构造变化情况，水平井的井眼控制精确性、控制范围广阔性等更具有优势；其优点为: 1、与以往的直井注浆堵漏钻井相比，水平井多分支堵漏施工确实减少了人员、设备、施工占地等费用的投入。2、水平多分支定向井可以使钻孔连续在奥陶纪灰岩地层中水平穿越，探查奥陶纪灰岩地层中的裂隙、断层、溶洞、陷落柱等导水构造，可以应用于矿井水害的防治工程中。3、可安全高效解决煤矿下组煤的开采问题，提高每层地板隔水层的阻水性能，实施带压开采。4、能为煤矿开采节约大量的防治水资金，进一步解放煤炭资源量。下面结合附图和实施例对本专利技术作一详细描述。【附图说明】图1本专利技术方法钻井示意图； 图2为本专利技术钻井三维立体投影示意图。【具体实施方式】，参见图1和图2，首先在煤矿区划分出一个处理渗水的煤矿区域，其中，所述方法的步骤是: 第一步:在所述煤矿区域中心用第一钻头钻一个垂直于地面的第一竖井，竖井的深度是进入基岩后8至12米停钻，下入套管1-1固井，形成第一段固井I ; 第二步:用第二钻头从第一段固井的井底继续下钻直至穿透煤层后5至10米停钻，下入套管2-1固井，形成第二段固井2 ； 第三步:用第三钻头在第二段固井的井底，环绕井底四周从多个方向分别斜向继续往下钻、直至进入奥陶系灰岩形成斜井3，用水泥固井3-1，然后开始水平钻进形成水平井4 ；第四步:钻头在所述水平钻进的过程中寻找奥陶系灰岩缝隙、封堵缝隙直至到煤矿区域边缘； 所述寻找奥陶系灰岩缝隙、封堵缝隙直至到煤矿区域边缘的步骤是: 第一步:根据钻井液进、出钻头的流量判断奥陶系灰岩中否存在缝隙，当钻井液流出的量小于流进的量时，则认为钻头碰到奥陶系灰岩缝隙，抽出水平钻进钻头，放入灌浆管，通过灌浆管向奥陶系灰岩缝隙灌入水泥浆，直至水泥浆从灌浆管源头冒出； 第二步:取出灌浆管固定水泥浆至少48小时，放入钻头继续水平钻进，寻找下一个缝隙进行相同方法的处理直至所述煤矿区域边缘。实施例中:所述第一钻头下钻使用的钻井液是密度为1.05?1.10g/cm3的膨润土泥浆，泥浆泵压为2-3MPa，所述第二钻头使用的钻井液是密度为1.05?1.10g/cm3的低固相聚合物，泥浆泵压为4-6MPa，第三钻头下钻使用的钻井液是密度为1.05?1.10g/cm3的低固相聚合物，泥衆泵压为6-8MPa,其中低固相聚合物为聚丙烯酰胺。实施例中:所述通过灌浆管向奥陶系灰岩缝隙灌入水泥浆的灌浆压力直至SMPa到水泥浆从灌浆管源头冒出。实施例中:如图2所示，所述环绕井底四周从多个方向是环绕井底四周至少从4个方向H1、H2、H3、H4分别斜向继续往下钻、直至进入奥陶系灰岩后开始水平钻进，每两个相邻方向的夹角相等。实施例中:所述基岩是原地质表土层之下的岩石层。实施例中:所述斜井是曲率半径为200m的弧形斜井，设计最大狗腿度为18°/30m， 上述实施例中，从地面施工钻孔，该钻孔以水平井方式穿越奥陶纪灰岩地层，该水平井能有效寻找奥陶纪地层中的突水点，并能有效的探知所钻井眼范围内地层构造变化，为对突水点的封堵提供更加精确的数据，而相对于直井只能控制局部一点的地质构造变化情况，水平井的井眼控制精确性、控制范围广阔性等更具有优势。技术方案中:以点带面大范围治理奥灰水，采用水平井钻井工艺最大程度的在奥灰中穿行钻进，扩大钻探寻找奥灰突水点的面积。施工中多个水平井眼公用一个直井井眼，节约了场地占地面积，扩大了突水点的控制面积，达到综合效益最大化。水平井设计井眼造斜段曲率半径为200m，设计最大狗腿度为18°/30m，施工过程中遇到漏失需要立即起钻；采用优质低固相泥浆护壁钻进，注意控制好泵量，有效排除孔内岩屑。在已有的地质资料基础上选定一个井位进行直井施工，直井施工采用普通的钻井工艺即可。在已钻直井的基础上，以90度夹角(或一定交角)排列的4 口(或多口)水平井。在探得突水点之后随即起钻，通过在井场建立的注浆站将水泥浆或粉煤灰注入突水点进行封堵。以下是一个具体实施例: 1、一开、二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对奥陶系灰岩矿区的寻找及防止矿井渗水的方法，首先在煤矿区划分出一个处理渗水的煤矿区域，其特征在于，所述方法的步骤是：第一步：在所述煤矿区域中心用第一钻头钻一个垂直于地面的第一竖井，竖井的深度是进入基岩后8至12米停钻，下入套管固井，形成第一段固井；第二步：用第二钻头从第一段固井的井底继续下钻直至穿透煤层后5至10米停钻，下入套管固井，形成第二段固井；第三步：用第三钻头在第二段固井的井底，环绕井底四周从多个方向分别斜向继续往下钻形成斜井、直至进入奥陶系灰岩后开始水平钻进；第四步：钻头在所述水平钻进的过程中寻找奥陶系灰岩缝隙、封堵缝隙直至到煤矿区域边缘；所述寻找奥陶系灰岩缝隙、封堵缝隙直至到煤矿区域边缘的步骤是：第一步：根据钻井液进、出钻头的流量判断奥陶系灰岩中否存在缝隙，当钻井液流出的量小于流进的量时，则认为钻头碰到奥陶系灰岩缝隙，抽出水平钻进钻头，放入灌浆管，通过灌浆管向奥陶系灰岩缝隙灌入水泥浆，直至水泥浆从灌浆管源头冒出；第二步：取出灌浆管固定水泥浆至少48小时，放入钻头继续水平钻进，寻找下一个缝隙进行相同第一步方法的处理直至所述煤矿区域边缘。

【技术特征摘要】
1.一种针对奥陶系灰岩矿区的寻找及防止矿井渗水的方法，首先在煤矿区划分出一个处理渗水的煤矿区域，其特征在于，所述方法的步骤是: 第一步:在所述煤矿区域中心用第一钻头钻一个垂直于地面的第一竖井，竖井的深度是进入基岩后8至12米停钻，下入套管固井，形成第一段固井； 第二步:用第二钻头从第一段固井的井底继续下钻直至穿透煤层后5至10米停钻，下入套管固井，形成第二段固井； 第三步:用第三钻头在第二段固井的井底，环绕井底四周从多个方向分别斜向继续往下钻形成斜井、直至进入奥陶系灰岩后开始水平钻进； 第四步:钻头在所述水平钻进的过程中寻找奥陶系灰岩缝隙、封堵缝隙直至到煤矿区域边缘； 所述寻找奥陶系灰岩缝隙、封堵缝隙直至到煤矿区域边缘的步骤是: 第一步:根据钻井液进、出钻头的流量判断奥陶系灰岩中否存在缝隙，当钻井液流出的量小于流进的量时，则认为钻头碰到奥陶系灰岩缝隙，抽出水平钻进钻头，放入灌浆管，通过灌浆管向奥陶系灰岩缝隙灌入水泥浆，直至水泥浆从灌浆管源头冒出； 第二步:取出灌浆管固定水泥浆至少48小时，放入钻头继续水平钻进，寻找下一个缝隙进行相同第一步方法的处理直至所述煤矿区域边缘。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永彬，杨涛，杜兵建，董恒义，张才，王越，
申请(专利权)人：北京大地高科煤层气工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：