CN111456723B - 一种覆岩“三带”探测和岩层移动监测的一孔两用方法 - Google Patents
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Abstract
一种采空区覆岩“三带”探测和岩层移动监测的一孔两用方法，适用于采空区上覆“三带”的探测和采空区岩层移动活化监测。按照岩层移动监测钻孔孔径要求，在采空区上方施工覆岩“三带”探测钻孔，获知冒落带与裂隙带顶界位置后，在孔底部下入止浆塞，并对孔底至裂隙带顶界面以上10m范围实施水泥浆封孔。孔内水泥浆凝固后，透孔形成中空裸孔。在钻杆带动下同步下放岩层移动监测装置，到达最深测点的安装深度后，上提钻杆同时逐段上行注浆封孔至水泥浆返出孔口。孔口连接仪器进行数据监测。该方法仅用一个钻孔先后实现覆岩“三带”探测和岩层移动监测两个功能，相比以往需要分别施工两个不同功能钻孔来说，工程量少，节省时间，适用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种一孔两用方法，尤其适用于矿山开采中使用的一种覆岩“三带”探测和岩层移动监测的一孔两用方法
背景技术
矿山开采后上覆岩层或岩体的移动破坏是引起井下剧烈矿压、突水、地表塌陷等一系列矿井灾害与环境问题的根源。开展采动之后上覆岩层裂隙分布和岩层移动监测，是掌握岩层移动规律和解决由采动引起的一系列采动损害问题的基础。采动上覆岩层裂隙分布研究中，进行工作面开采后采空区覆岩“三带”探测，是验证采动裂隙分布理论结果和指导后期类似工作面开采顶板水害防范实践的最重要手段之一。上覆岩层移动机理及工程实际监测是解决上述灾害与环境问题的基础。岩层移动的工程实际监测同时也是验证理论正确性、提高灾害防范效果的重要手段。
采空区覆岩“三带”探测通常是需要采用专门设计的观测钻孔来实现的，观测结束之后要求必须进行全孔封孔处理，以避免引起井下的水害问题。传统岩层移动监测钻孔在施工完成之后，通常需要在裸孔孔壁上安装监测仪器，不进行封孔处理。因此，在以往研究中，上述采空区覆岩“三带”探测和岩层移动监测是需要单独的、特定的钻孔分别来实现的。
发明内容
针对上述技术的不足之处，提供一种步骤简单，简化施工，降低钻孔工程量和施工成本，节约施工时间，提高单个钻孔的利用率的覆岩“三带”探测和岩层移动监测的一孔两用方法。
为实现上述技术目的，本发明的采空区覆岩“三带”探测和岩层移动监测一孔两用方法，其步骤如下：
a、在已经回采的工作面上方选择需要进行岩层移动监测的位置布置钻孔，保证钻孔直径D大于等于封孔所用钻杆最大外径d×1.5+预设测点总数量a×单个测线线缆直径b×60％，同时确保钻孔直径不小于91mm；按照要求施工钻孔，然后进行采空区覆岩“三带”探测用以获取钻孔内裂隙信息；
b、根据“三带”探测所得到的裂隙信息中的裂隙带高度信息确定封孔高度，利用中空钻杆对“三带”探测后的钻孔进行水泥浆堵漏和注浆封孔，使用随提钻杆逐段向上封孔方法直至将探测到的裂隙都进行封堵；
c、待钻孔内的封孔水泥浆凝固后，对已经封孔的钻孔层段使用钻头进行透孔，所用透孔用钻头直径比“三带”探测用钻孔直径D小10mm，透孔深度根据最深的预设检测测点的深度为基础继续透孔5m作为为岩层移动监测钻孔安装前的最终深度；
d、利用中空注浆封孔钻杆携带内含a个岩层移动监测仪器的线缆至预安装的最深测点深度，之后使用“三带”探测孔下部裂隙带封孔方式相同的方法封孔直至水泥浆升到钻孔孔口高度，并在地面钻孔封孔浆液凝固后导致的下降进行补浆使封孔后的钻孔孔口与地面齐平，并将所有岩层移动监测仪器的连接线与地面数据采集系统连接；
e、通过地面数据采集系统读取地下的a个岩层移动监测仪器反馈的信息，进行岩层移动监测。
所述封孔水泥浆为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R，水泥浆的水灰质量比不小于0.6:1。
所述钻孔孔口可随着注浆封孔高度增加自行返水或返冲洗液，且封孔终止高度高于已经探测得到的裂隙带顶界面位置至少10m时。
所述封孔方法中随提钻杆逐段向上封孔，钻杆深入到孔底止浆塞以上5m处开始注浆封孔，钻杆底端水泥浆出口不高于孔内水泥浆面，每段一次性封孔高度不大于50m；
所有钻孔在钻进、透孔过程中每百米偏斜不大于1.5°。
有益效果：
本方法可以实现同一个钻孔先后满足煤层采动之后的覆岩“三带”探测和岩层移动监测的目的，可以避免钻孔裂隙带以上层段的重复钻进施工，降低钻孔工程量和施工费用，节约施工时间；通过对钻孔孔径做出调整，即满足“三带”探测基本要求，施工之后根据岩层移动监测需要，对钻孔做出必要的堵漏处理，又可以进行岩层移动监测仪器的安装。本方法仅需要施工一个地面钻孔，即可达到两个不同的探测(监测)目的，减少了钻孔施工工程量，节省成本和时间，钻孔的利用率得到提高。
附图说明
图1是煤层开采后上覆岩层破坏示意图；
图2(a)是“三带”探测钻孔转换为岩层移动监测孔原始形态的结构示意图；
图2(b)是“三带”探测钻孔转换为岩层移动监测孔封堵部分裂隙的结构示意图；
图2(c)是“三带”探测钻孔转换为岩层移动监测孔封堵所有裂隙的结构示意图；
图2(d)是“三带”探测钻孔转换为岩层移动监测孔封堵裂隙后重新透孔的结构示意图；
图2(e)是“三带”探测钻孔转换为岩层移动监测孔安装岩层移动监测仪器的结构示意图；
图2(f)是“三带”探测钻孔转换为岩层移动监测孔安装完岩层移动监测仪器并封孔后的结构示意图；
图中:1-钻孔；2-覆岩冒落带；3-覆岩裂隙带；4-岩层破坏裂隙；5-堵漏止浆塞；6-注浆封孔钻杆；7-透孔钻头；8-监测线缆；9-岩层移动监测仪器；10-地面数据采集系统。
具体实施方式
下面结合具体钻孔实例作进一步的描述：
本发明的覆岩“三带”探测和岩层移动监测的一孔两用方法，步骤如下：
a、在已经回采的工作面上方选择需要进行探测的钻孔位置，如图1中钻孔1位置所示。钻孔施工之前，结合需要进行的岩层移动监测钻孔孔内测点数量，在常规“三带”探测钻孔直径不小于91mm要求的基础上，加上测点数量与岩层移动监测单个测点线缆直径之积的60％，得到满足一孔两用的钻孔孔径。钻孔在进行“三带”探测时，孔斜要求百米不大于1.5°，终孔深度应达到覆岩冒落带2顶部，并通过探测确定覆岩裂隙带3的顶界面高度，判断孔周边裂隙4的分布情况。钻孔探测得到的裂隙分布示意图见图2(a)。
b、钻孔“三带”探测完成之后，首先在钻孔底部下入止浆塞5，用来防止孔底与冒落带2的直接沟通，利用中空注浆封孔钻杆6对“三带”探测孔内部裂隙带3中的孔外裂隙4进行水泥浆堵漏和注浆封孔，水泥浆的水灰质量比不小于0.6:1，所用水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R，水泥浆浓度采用边上提钻杆边封孔方式逐段向上封孔，深入到孔底以上5m处开始注浆封孔，钻杆底端水泥浆出口不高于孔内水泥浆面，每段一次性封孔高度不大于50m，裂隙封堵如图2(b)所示。
c、孔口可随着注浆封孔高度增加自行返水或返冲洗液，且封孔终止高度高于已经探测得到的裂隙带顶界面位置至少10m时，达到图2(c)所示状态，达到对裂隙的封堵目标，即可停止封堵。静置等待水泥浆凝固72小时之后，采用小于原孔径10mm的透孔钻头7将已经封孔的层段重新透开，形成中空的孔壁及孔外裂隙有水泥浆充填的裸孔，达到图2(d)所示状态。
d、提钻后，用中空注浆封孔钻杆6携带内含a个岩层移动监测仪器9的监测线缆8至预安装的最深测点深度，所述a个岩层移动监测仪器9根据预设位置固定在注浆封孔钻杆6上，当空注浆封孔钻杆6就位时所有岩层移动监测仪器9也就位，达到图2(e)所示状态。然后上提中空注浆封孔钻杆6，采用边上提钻杆边封孔方式逐段向上用水泥浆封孔，水泥浆的水灰质量比不小于0.6:1，水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5R。封孔时钻杆底部深入水泥浆面以下。
e、封孔至孔口后，水泥浆面随时间变化会产生缓慢下降，应多次从孔口向孔内补水泥浆，直至孔口水泥浆液面不再下降。自孔口水泥浆自液面不再下降起，至水泥浆逐步凝固72小时，将孔内监测线缆8连接到采集仪器10上，达到图2(f)所示状态。钻孔1具备进行岩层移动监测的条件，可进行后续监测。
Claims (5)
1.一种采空区覆岩“三带”探测和岩层移动监测一孔两用方法，其特征在于步骤如下：
a、在已经回采的工作面上方选择需要进行岩层移动监测的位置布置钻孔，保证钻孔直径D大于等于封孔所用中空钻杆最大外径d×1.5+预设测点总数量a×单个测线线缆直径b×60%，同时确保钻孔直径不小于91mm；按照要求施工钻孔，然后进行采空区覆岩“三带”探测用以获取钻孔内裂隙信息；
b、根据“三带”探测所得到的裂隙信息中的裂隙带高度信息确定封孔高度，利用中空钻杆对“三带”探测后的钻孔进行水泥浆堵漏和注浆封孔，使用随提中空钻杆逐段向上封孔方法直至将探测到的裂隙都进行封堵；
c、待钻孔内的封孔水泥浆凝固后，对已经封孔的钻孔层段使用钻头进行透孔，所用透孔用钻头直径比“三带”探测用钻孔直径D小10mm，透孔深度根据最深的预设测点的深度为基础继续透孔5m作为岩层移动监测钻孔安装前的最终深度；
d、利用中空钻杆携带内含a个岩层移动监测仪器的线缆至预安装的最深测点深度，之后使用“三带”探测孔下部裂隙带封孔方式相同的方法封孔直至水泥浆升到钻孔孔口高度，并对钻孔封孔浆液凝固后导致的下降进行补浆使封孔后的钻孔孔口与地面齐平，并将所有岩层移动监测仪器的线缆与地面数据采集系统连接；
e、通过地面数据采集系统读取地下的a个岩层移动监测仪器反馈的信息，进行岩层移动监测。
2.根据权利要求1所述的采空区覆岩“三带”探测和岩层移动监测一孔两用方法，其特征在于：所述封孔水泥浆为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5 R，水泥浆的水灰质量比不小于0.6:1。
3.根据权利要求1所述的采空区覆岩“三带”探测和岩层移动监测一孔两用方法，其特征在于：所述钻孔孔口可随着注浆封孔高度增加自行返水或返冲洗液，且封孔终止高度高于已经探测得到的裂隙带顶界面位置至少10m。
4.根据权利要求1所述的采空区覆岩“三带”探测和岩层移动监测一孔两用方法，其特征在于：所述封孔方法中随提中空钻杆逐段向上封孔，中空钻杆深入到孔底止浆塞以上5m处开始注浆封孔，中空钻杆底端水泥浆出口不高于孔内水泥浆面，每段一次性封孔高度不大于50m。
5.根据权利要求1所述的采空区覆岩“三带”探测和岩层移动监测一孔两用方法，其特征在于：所有钻孔在钻进、透孔过程中每百米偏斜不大于1.5°。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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