CN114482994A - 一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法，包括：步骤1，奥灰含水层致灾因素分析及治理层位选择；步骤2，建立伽马值和地层标准剖面，作为后续施工中的层位判别依据并适时收集和补充完善伽马数据；步骤3，根据步骤1与步骤2获取的项目区地质资料以及施工上挑穿层孔，精准确定钻孔轨迹所在层位。本发明能够科学合理的确定探查治理巨厚含水层的治理目标层段，并且能够控制钻孔轨迹在设计目标层段的精准层位。
Description
技术领域
本发明属于煤矿水害地面区域探查治理技术领域，更具体的说是涉及一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法。
背景技术
煤矿水害地面区域探查治理技术，有效解决了国内煤矿面临的奥灰含水层突水淹井的水害防治技术难题，采用该技术以来，杜绝了奥灰含水层突水淹井事故，保证了矿井安全开采，取得了良好的经济效益和社会效益。该技术在全国各大水矿区也得到大面积推广和应用。但该技术在具体实施中仍有许多方面需要不断完善和向前发展。地面区域治理水害技术有两大技术难题需要解决，一是奥灰含水层为巨厚含水层(邯邢地区厚度500～600m)，分为三组八段，选择那一层段作为治理目标层，如果治理层位浅了，容易遗漏隐伏导水构造。如果治理层位深了，一方面会大量浪费浆液，另一方面消除不了来自奥灰顶部的侧向威胁，冀中能源股份公司邢东矿采用地面区域治理技术，治理层位选择的是奥灰顶面以下70～80m的7段层位，治理后回采过程中发生了工作面出水事故，最大出水量高达2649m3/h，因此，治理层段的选择需要解决；二是该技术的应用是基于石油系统的多水平分支井技术，该技术钻孔轨迹的地理信息已经很成熟也很精准，但煤矿治理水害不仅钻孔的轨迹需要精准控制，更重要的是钻孔轨迹必须要精准控制在设计目标层内才能达到治理水害的目的。虽然钻孔的轨迹地理位置是非常精确的，但目前钻孔所处岩层的层位信息却并不十分精确，一般地层层间距受向背斜、断层、地层产状变化因素等的影响而变化，并不是固定的，各岩层层位信息不同位置层位、间距不同。而且煤矿地质勘探时期钻孔层位一般控制在最下一层煤以下10～20m左右，只有少量钻孔施工至奥灰含水层。因此，井田各煤层到奥灰含水层的层间距多是推测分析确定的，并不十分准确，薄层灰岩层位很容易判断，目标层与上下层岩性差别较大，岩粉鉴定特征和伽马值差别也很明显，而奥灰巨厚含水层作为目标层岩性与上下层岩性和岩粉特征差别不明显，如果产状发生变化或遇构造，钻孔轨迹很难精准确定其所处的具体层位，钻孔所处层位不同，其水文特征差别却很大，掌握不好探查治理效果和投入差别却很大，因此，层位的精准位置不能出现偏差！尽管目前区域探查治理过程中都装备了随钻伽马测量系统，但由于奥灰含水层岩性差别不十分明显，伽马值差别不明显。因此，仍然与地面区域治理设计要求的水害目标层精度还有差距，这直接影响着地面区域治理水害的治理效果。目前确定目标层的技术方法一般是通过岩粉鉴定、岩层伽马值或者取芯，但通过多年现场实际经验发现上述方法手段，仍存在一些缺陷难以达到设计要求。因此，如何科学合理确定治理目标层并精准控制层位是需要解决的重大技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法，解决了背景技术提到的两个技术问题，一是科学合理的确定探查治理巨厚含水层的治理目标层段；二是确定钻孔轨迹在设计目标层段的精准层位。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法，包括如下步骤：
步骤1，奥灰含水层致灾因素分析及治理层位选择；
步骤2，建立伽马值和地层标准剖面，作为后续施工中的层位判别依据并适时收集和补充完善伽马数据；
步骤3，根据步骤1与步骤2获取的项目区地质资料以及施工上挑穿层孔，精准确定钻孔轨迹所在层位。
进一步的，步骤1中，层位确定由以下要素决定：一是层位选择在浆液扩散半径内，浆液扩散半径20～30m；二是在开采影响范围内，不能有垂直向上的导生通道和富水径流带的存在，治理后具有一定强度和厚度；三是选择易于发现导水通道、富水径流带，不选择在奥灰含水层富水地段。
进一步的，步骤2中，利用主孔作资料孔延深至设计的奥灰层位段，施工中对延深段取芯和测井，并收集分析层位伽马值，建立地层和伽马值标准剖面。
进一步的，步骤S3中，精准确定钻孔轨迹所在层位的方法为：根据项目区的已有地质资料和施工的资料孔，确定钻孔轨迹所在层位，一般地段每隔500～1000m施工1个上挑穿层分支孔、穿层孔必须达到煤系标志层，以精准确定钻孔轨迹所在层位位置；如果伽马值出现异常或施工至断层附近时必须施工上挑穿层分支孔，以确定钻孔轨迹所在的精准层位位置，伽马值正常后或穿过断层后也必须施工上挑穿层分支孔，以确定钻孔轨迹所在的精准层位位置。
本发明的有益效果在于：
本发明一是解决了探查治理巨厚含水层如何选择治理层段的技术难题，二是很巧妙地利用施工上挑穿层孔方法，解决了探查治理巨厚含水层时如何确定钻孔轨迹所处精准层位的技术难题，保证了钻孔轨迹在设计层位精准施工，避免了钻孔轨迹偏离设计层位，并可以减少浆液浪费或不可控以及无效注浆，并保证浆液扩散在设计的合理范围内，从理论与实践上保证了治理效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新式实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新式的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明区域治理施工平面布置示意图。
图2为本发明钻孔轨迹层位设计预想剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法，包括如下步骤：
步骤1，奥灰含水层致灾因素分析及治理层位选择
华北型煤矿开采的主要水害是奥灰含水层，奥灰含水层厚度大具有巨大动静储量，致灾主要因素为垂向隐伏导水构造和富水径流带，因此，治理目标层应选择在既能容易发现上述致灾因素，又能快速加固改造和治理，层位确定由以下要素决定：一是层位选择必须在浆液扩散半径内，一般浆液扩散半径20～30m，选择厚度大了如选择奥灰顶面以下70～80m，理论上不合理，浆液扩散范围超出了浆液的扩散半径，浆液扩散不到奥灰顶部，开采过程中仍然消除不了来自奥灰含水层侧向的威胁风险；二在开采影响范围内，不能有垂直向上的导生通道和富水径流带的存在，治理后应有一定强度和厚度，既能阻止奥灰水垂直向上导生，又能阻止奥灰水侧向的水平径流；三是能易于发现导水通道、富水径流带，但不能选择在奥灰含水层富水地段，因为富水地段厚度大改造为弱含水层或隔水层需要大量浆液，工程量大，工期长，成本大，经济上不合理。
经过多年探索和实践以及大量工程实践和论证评价，层位选择应该在既能容易发现富水径流带和隐伏导水构造的奥灰顶部地段，又能在浆液扩散的半径范围内，而且注浆量可控，经济合理。奥灰含水层必须同时具备垂向导水构造和富水径流带才能威胁安全生产，奥灰顶部是导水构造和富水径流带的必经地段，该层富水性弱甚至不富水，且与下部有统一的水位和水力联系。因此，奥灰顶面以下20～30m层位(图2中F O2目标层)是最佳选择，治理层位选在该层既能容易发现隐伏导水构造和富水径流带，注浆量又可控，且能快速经济地通过注浆改造加固奥灰顶部富水径流带以及截断与奥灰下部的水力联系通道，消除奥灰含水层对开采的威胁。
步骤2，建立伽马值和地层标准剖面
装备随钻伽马测量系统，一般安装在钻头上方的无磁钻铤中，利用探测器测量岩层的自然伽马射线总强度，并以此识别地层岩性，在钻井过程中有效测量地层的放射性强度,为钻井工程提供方位地质参数、区分原状地层的岩性,进而为地质导向提供地层信息。
利用主孔作资料孔延深至设计的奥灰层位段(图2中A资料探查孔)，施工中对延深段取芯和测井，并收集分析层位伽马值，建立地层和伽马值标准剖面，作为后续施工中的层位判别依据并适时收集和补充完善伽马数据。
步骤3，根据步骤1与步骤2获取的项目区地质资料以及施工上挑穿层孔(图1、图2中B上挑穿层孔)，精准确定钻孔轨迹所在层位。
图1为地面区域探查治理平面示意图，图2为地面区域探查治理剖示意图，图1、图2钻孔结构分为直孔段、造斜段和水平段三部分，图1中A为直孔、A、B之间为造斜段，B以后至终孔为水平段，首先施工直孔段并延深至治理目标层以深(图2-A所示)，在施工过程中取得伽马值，并进行测井，取得必要的地层参数，然后用水泥封孔，待水泥凝固后扫孔至入窗点(图1C)并下二开套管(图2)，用水泥固结套管，待固好套管后扫孔至原孔深以下0.5-1.0m做注水耐压试验并合格后，继续钻进施工水平段(图1-D，图2-E所示)，根据地质资料的勘探程度或地层构造情况，每个500m施工一个上挑钻孔(图1-E,图2-B所示)，以精准确定钻孔轨迹所在目标层的精准层位(图2-D),钻孔轨迹如在设计层位(图2-D)，则每隔500m施工一个上挑钻孔循环施工至终孔位置，若钻孔轨迹偏离设计位置，则需调整钻孔轨迹至设计层位。
奥灰含水层与上部本溪组、太原组地层岩性之间存在着明显的差异，他们之间的伽马值和岩粉之间也存在明显的差异，因此，利用这些特点施工上挑穿标志层孔(图中B上挑穿层孔)就能很容易地精准确定钻孔轨迹所在层位。
根据项目区的已有地质资料和施工的资料孔(图2中F O2目标层)，确定钻孔轨迹大致所在层位，避免地层产状发生变化和地质构造的影响，致使钻孔轨迹所在层位产生偏差，一般地段每隔500～1000m施工1个上挑穿层分支孔、穿层孔必须达到煤系标志层(图1、图2～B)以精准确定钻孔轨迹所在层位位置；如果伽马值出现异常或施工至断层附近时必须施工上挑穿层分支孔(穿层孔必须达到煤系标志层如图2中C标志层)以确定钻孔轨迹所在的精准层位位置(图2中D O2顶面下30m)，伽马值正常后或穿过断层后也必须施工上挑穿层分支孔(穿层孔必须达到煤系标志层如图2中C标志层)以确定钻孔轨迹所在的精准层位位置(图2中D O2顶面下30m)。
本发明一是解决了探查治理巨厚含水层如何选择治理层段的技术难题，二是很巧妙地利用施工上挑穿层孔方法，解决了地面区域探查治理过程中确保钻孔轨迹处于设计层位的精准控制技术方法，从而确保钻孔始终处于设计层位。同时也解决了在治理区域地质资料不足、地层倾角变化大、向背斜发育地段、断层发育、隔水层层间距不确定、地层的伽马值不明显等地层地段，使钻孔轨迹始终控制在设计地层的精准层位的技术难题，避免钻孔轨迹偏离设计层位，并可以减少浆液浪费或不可控以及无效注浆，并保证浆液在设计的合理范围内扩散，从理论与实践上保证了治理效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，奥灰含水层致灾因素分析及治理层位选择；
步骤2，建立伽马值和地层标准剖面，作为后续施工中的层位判别依据并适时收集和补充完善伽马数据；
步骤3，根据步骤1与步骤2获取的项目区地质资料以及施工上挑穿层孔，精准确定钻孔轨迹所在层位。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法，其特征在于，步骤1中，层位确定由以下要素决定：一是层位选择在浆液扩散半径内，浆液扩散半径20～30m；二是在开采影响范围内，不能有垂直向上的导生通道和富水径流带的存在，治理后具有一定强度和厚度；三是选择易于发现导水通道、富水径流带，不选择在奥灰含水层富水地段。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法，其特征在于，步骤2中，利用主孔作资料孔延深至设计的奥灰层位段，施工中对延深段取芯和测井，并收集分析层位伽马值，建立地层和伽马值标准剖面。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿探查治理水害层位选择及层位精准控制方法，其特征在于，步骤S3中，精准确定钻孔轨迹所在层位的方法为：根据项目区的已有地质资料和施工的资料孔，确定钻孔轨迹所在层位，一般地段每隔500～1000m施工1个上挑穿层分支孔、穿层孔必须达到煤系标志层，以精准确定钻孔轨迹所在层位位置；如果伽马值出现异常或施工至断层附近时必须施工上挑穿层分支孔，以确定钻孔轨迹所在的精准层位位置，伽马值正常后或穿过断层后也必须施工上挑穿层分支孔，以确定钻孔轨迹所在的精准层位位置。
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