CN106703692A - 一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，包括地面钻孔至疑似出水点，然后通过钻孔注浆，其中钻孔包括主孔和分支孔，所述的主孔设有直孔段和定向顺层段，直孔段和定向顺层段之间还设有定向导斜段，所述的分支孔设有一级分支孔和二级分支孔；通过钻孔注浆加固含水层，注浆压力为受注点静水压力的1.5～3.5倍，注浆终止压力为静水压力的3.5～4倍，将三灰含水层改造为隔水层，阻隔三灰及三灰下含水层水；采用本发明的技术方案，完成封堵隐伏导水通道，基底奥灰强大水源被阻断，保证深层开采的安全。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采领域，更具体地说，本发明涉及一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法。
背景技术
煤矿开采过程中，由于竖向强导水通道将奥灰水与太灰上段薄灰岩水沟通导致综采面发生底板特大突水事故，竖向强导水通道包括断层、陷落柱等地质构造，这种地质构造的特点可概述为：薄层灰岩—竖向隐伏导水构造—基底奥灰强富水；现有技术治理的方法主要是采用井下常规钻孔注浆对下伏石炭系太原组三灰含水层进行治理，但是井下注浆施工难度大、效率低，治理后短时间可以阻挡底板下的水涌出，随着开采深度的加深，综采面仍然会发生底板突水事故，很难根治，甚至在深采过程中，会反复出现突水导致事故的发生，并且地面钻孔治理奥灰含水层由于奥灰埋深大，防治水成本高，同时奥灰厚度大，钻探技术相对较低，在矿井采深越来越大，水压不断增高时，极易发生有奥灰水参与的矿井特大突水事故，造成矿井灾害和重大损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种避免奥灰水参与的矿井突水事故保证矿井开采安全的地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，包括地面钻孔至疑似出水点，然后通过钻孔注浆，其中钻孔包括主孔和分支孔，所述的主孔设有直孔段和定向顺层段，直孔段和定向顺层段之间还设有定向导斜段，所述的分支孔设有一级分支孔和二级分支孔。
本发明公开的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，主孔的直孔段套接表层套管，定向导斜段套接技术套管，定向顺层段为裸孔段；主孔的直孔段从地面延伸至孔深110～120m，表层套管从地面延伸至基岩以下20m，水泥固井，隔离第四系表土地层，技术套管延伸至煤层底板以下约30m，至一灰顶部海相泥岩，接近顺层，水泥固井；定向顺层段为裸孔段，延伸至三灰顺层。
本发明公开的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，一级分支孔和二级分支孔均在三灰顺层内定向钻进。
本发明公开的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，一级分支孔的一端位于主孔二开定向导斜段靠近一开直孔段的根部，一级分支孔沿顺层近水平延伸，分支孔端部的连线呈扇形，分支孔端部的间距为50～80m；二级分支孔从其所属一级分支孔远离主孔一端的端部沿顺层近水平延伸穿插多个层理结构面。
本发明公开的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，主孔设置的一级分支孔为2个，二级分支孔为7个。
本发明公开的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，通过钻孔注浆，是通过钻孔将水泥浆液或者水泥和粉煤灰混合浆液采用高压注入加固含水层，注浆压力为受注点静水压力的1.5～3.5倍，注浆终止压力为静水压力的3.5～4倍，将三灰含水层改造为隔水层，阻隔三灰及三灰下含水层水。
采用本发明的技术方案，彻底改造突水水文地质条件，根治直接充水水源，截断或者阻塞突水通道、阻止间接突水水源，防治深部高承压、强富水含水层水上开采难题的钻进注浆的方法，本发明的技术方案实现了注浆压力大、加固改造区域广、全面堵塞太灰与奥灰含水层隐伏导水通道；采用了注浆压力由小到大、粉煤灰与水泥不同配比(颗粒由粗到细)注浆工艺；在采掘工程施工前，针对天然岩体，选择距煤层底板适宜的薄层灰岩为目的层，采用地面定向孔沿目标含水层顺层钻进，高压注浆，大范围改造薄灰岩直接充水层和封堵隐伏导水通道，隔断基底奥灰水源，达到超前区域防治、实现安全掘进和回采的水害防治目的。
主孔方向尽可能沿垂直优势构造、裂隙方向布置，各级分支孔方向尽可能沿垂直水平方向最大主应力方向布置，注浆根据钻孔压力确定，不仅将浆液注入到煤层底板适宜的薄层灰岩，隔断基底奥灰水源，达到超前区域防治，同时，注浆材料的选择、浆液配比的选取、注浆压力的控制保证注浆效果，从而保证注浆对底板进行加固，提高注浆材料的利用率，采用本发明的技术方案，完成封堵隐伏导水通道，基底奥灰强大水源被阻断，保证深层开采的安全。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法的钻孔主孔示意图。
图中标记为：1、直孔段；2、定向导斜段；3、定向顺层段；4、表层套管；5、技术套管；6、煤层底板；7、一灰；8、隐伏导水通道；9、顺层。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
图1为本发明一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法的示意图；如图所示的本发明一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，包括地面钻孔至疑似出水点，然后通过钻孔注浆，其中钻孔包括主孔和分支孔，主孔设有直孔段1和定向顺层段3，直孔段1和定向顺层段3之间还设有定向导斜段2，主孔的直孔段1套接表层套管4，定向导斜段2套接技术套管5，定向顺层段3为裸孔段；分支孔设有一级分支孔和二级分支孔；主孔的直孔段1从地面延伸至孔深110～120m，表层套管4从地面延伸至基岩以下20m，水泥固井，隔离第四系表土地层，技术套管5延伸至煤层底板6以下约30m，至一灰7顶部海相泥岩，接近顺层9，水泥固井；定向顺层段3为裸孔段，延伸至三灰顺层；一级分支孔和二级分支孔均在三灰顺层9内定向钻进；一级分支孔的一端位于主孔二开定向导斜段2靠近一开直孔段的根部，一级分支孔沿顺层9近水平延伸，分支孔端部的连线呈扇形，分支孔端部的间距为50～80m；二级分支孔从其所属一级分支孔远离主孔一端的端部沿顺层9近水平延伸穿插多个层理结构面；主孔设置的一级分支孔为2个，二级分支孔为7个。
通过钻孔注浆，是通过钻孔将水泥浆液或者水泥和粉煤灰混合浆液采用高压注入加固含水层，注浆压力为受注点静水压力的1.5倍，浆液压力为4MPa时，主要充填含水层的天然裂隙，同时注浆段局部向三灰顶板扩散，扩散半径大约13m；当注浆孔穿断层时，浆液主要沿断层扩散，扩散距离为一级分支孔端部的间距大约60m。
注浆压力为受注点静水压力的2.5倍，浆液压力增加至8MPa时，随着压力的不断提升，浆液的扩散距离逐渐增大，同时在注浆压力作用下，软弱结构面开始扩张，尤其是层面、断层带及二者接触带，浆液沿二级分支孔扩散，扩散至二级分支孔的中部，半径大约30m。
注浆压力为受注点静水压力的3倍，浆液压力增加至10MPa时，随着压力的增加，含水层薄弱部位的应力与抗拉强度被克服，沿着垂直于主应力平面上发生劈裂形成充填裂缝，起裂方向与较大主应力的方向大体一致。随着浆液的填充，含水层被进一步加固，浆液沿二级分支孔继续扩散至端部，扩散半径为二级分支孔端部的间距大约为50m。
注浆压力大于受注点静水压力的3.5倍，浆液压力增加至12MPa时，原始裂隙以及劈裂形成的裂缝被浆液填充到比较充分的程度，随着压力的上升，充填变得密实，扩散半径没有显著增加，浆液扩散半径大约55m，但断层与煤层的接触带浆液流量增加。
注浆总压应不小于受注含水层最大静水压力，本次注浆改造目的层三灰含水层静水压力约为4～6MPa，为提高注浆效果，注浆终压定为不小于静水压力的4倍，本次选用的最大注浆压力是终压孔口压力10～12MP。
通过钻孔注浆加固含水层后，对工作面进行了音频电透视探查，原富水异常区基本消失，将三灰含水层改造为隔水层，阻隔三灰及三灰下含水层水。
采用本发明的技术方案，彻底改造突水水文地质条件，根治直接充水水源，截断或者阻塞突水通道、阻止间接突水水源，防治深部高承压、强富水含水层水上开采难题的钻进注浆的方法，本发明的技术方案实现了注浆压力大、加固改造区域广、全面堵塞太灰与奥灰含水层隐伏导水通道8；采用了注浆压力由小到大、粉煤灰与水泥不同配比(颗粒由粗到细)注浆工艺；在采掘工程施工前，针对天然岩体，选择距煤层底板6适宜的薄层灰岩为目的层，采用地面定向孔沿目标含水层顺层9钻进，高压注浆，大范围改造薄灰岩直接充水层和封堵隐伏导水通道8，隔断基底奥灰水源，达到超前区域防治、实现安全掘进和回采的水害防治目的。
主孔方向尽可能沿垂直优势构造、裂隙方向布置，次主孔方向尽可能沿垂直水平方向最大主应力方向布置，注浆根据钻孔压力确定，不仅将浆液注入到煤层底板6适宜的薄层灰岩，隔断基底奥灰水源，达到超前区域防治，同时，注浆材料的选择、浆液配比的选取、注浆压力的控制保证注浆效果，从而保证注浆对煤层底板6进行加固，提高注浆材料的利用率，采用本发明的技术方案，完成封堵隐伏导水通道8，基底奥灰强大水源被阻断，保证深层开采的安全。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，其特征在于：包括地面钻孔至疑似出水点，然后通过钻孔注浆，其中钻孔包括主孔和分支孔，所述的主孔设有直孔段和定向顺层段，直孔段和定向顺层段之间还设有定向导斜段，所述的分支孔设有一级分支孔和二级分支孔。
2.按照权利要求1所述的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，其特征在于：所述的主孔的直孔段套接表层套管，定向导斜段套接技术套管，定向顺层段为裸孔段。
3.按照权利要求2所述的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，其特征在于：所述的主孔的直孔段从地面延伸至孔深110～120m，表层套管从地面延伸至基岩以下20m，隔离第四系表土地层，技术套管延伸至煤层底板以下约30m，至一灰顶部海相泥岩靠近顺层；定向顺层段为裸孔段，延伸至三灰顺层。
4.按照权利要求1所述的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，其特征在于：所述的一级分支孔和二级分支孔均在三灰顺层内定向钻进。
5.按照权利要求1所述的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，其特征在于：所述的一级分支孔的一端位于主孔二开定向导斜段靠近一开直孔段的根部，一级分支孔沿顺层近水平延伸，分支孔端部的连线呈扇形，分支孔端部的间距为50～80m；二级分支孔从其所属一级分支孔远离主孔一端的端部沿顺层近水平延伸穿插多个层理结构面。
6.按照权利要求1所述的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，其特征在于：所述的主孔设置的一级分支孔为2个，二级分支孔为7个。
7.按照权利要求1所述的一种地面定向顺层钻孔注浆加固薄层灰岩的方法，其特征在于：所述的通过钻孔注浆，是通过钻孔将水泥浆液或者水泥和粉煤灰混合浆液采用高压注入加固含水层，注浆压力为受注点静水压力的1.5～3.5倍，注浆终止压力为静水压力的3.5～4倍，将三灰含水层改造为隔水层，阻隔三灰及三灰下含水层水。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ni Jianming Inventor after: Zheng Shitian Inventor after: Li Jian Inventor after: Zhao Shaolei Inventor after: He Bin Inventor after: Shi Zhiyuan Inventor after: Xuan Xiao Inventor before: Ni Jianming Inventor before: Zheng Shitian Inventor before: Li Jian Inventor before: Zhao Shaolei Inventor before: He Bin Inventor before: Shi Zhiyuan |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170524 |