CN117468963A - 硬岩地层的注浆堵水方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种硬岩地层的注浆堵水方法，所述方法包括获取所述硬岩地层的水文地质信息和煤层信息；基于所述水文地质信息和所述煤层信息，确定所述硬岩地层的钻孔轨迹；基于所述硬岩地层包含的多个岩层的类型，确定与所述钻孔轨迹对应的至少一个钻孔设备；利用至少一个钻孔设备，按照所述钻孔轨迹对所述硬岩地层中的多个岩层依次进行钻孔；确定经过所述钻孔后的岩层是否出现漏水区域，若出现所述漏水区域，对所述漏水区域进行注浆，解决了现有技术中如何避免矿井发生涌水的问题，保障了矿井的安全生产。
Description
技术领域
本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种硬岩地层的注浆堵水方法。
背景技术
随着生产生活的不断变革，人们对煤资源的需求量与日俱增，进而需要对岩层下的煤资源进行开采。矿井是煤矿开采的重要通道，如何避免矿井发生涌水是十分重要的。煤资源中的煤层顶板覆盖有巨厚砂岩含水层，使得煤层所在区域充水强度高，通常通过注浆堵水或超前疏放水的方法来避免煤层顶板突水或涌水，避免矿井发生涌水。
但是，高强度的煤资源开采可能会导致其上覆岩层完全破断，使得地下水涌入矿井，造成矿井涌水量急剧增加，严重影响矿井安全生产。且目前国内外的专家学者对于硬岩地层注浆堵水的研究相对较少，并未给出如何在硬岩地质条件下进行有效的注浆堵水的具体方案。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种硬岩地层的注浆堵水方法，以克服现有技术中全部或部分不足。
基于上述目的，本申请提供了一种硬岩地层的注浆堵水方法，包括：获取所述硬岩地层的水文地质信息和煤层信息；基于所述水文地质信息和所述煤层信息，确定所述硬岩地层的钻孔轨迹；基于所述硬岩地层包含的多个岩层的类型，确定与所述钻孔轨迹对应的至少一个钻孔设备；利用至少一个钻孔设备，按照所述钻孔轨迹对所述硬岩地层中的多个岩层依次进行钻孔；确定经过所述钻孔后的岩层是否出现漏水区域，若出现所述漏水区域，对所述漏水区域进行注浆。
可选地，所述确定所述硬岩地层的钻孔轨迹，包括：基于所述水文地质信息和所述煤层信息，确定所述硬岩地层的钻孔范围，在所述钻孔范围内筛选满足预设条件的钻孔起点，并确定所述钻孔起点对应的钻孔轨迹。
可选地，所述确定所述硬岩地层的钻孔范围，包括：通过以下公式确定所述钻孔范围：其中，L为钻孔半径，L1为预设钻孔起点对应的第一直井段长度，L2为钻孔终点对应的第二直井段长度，θi为所述预设钻孔起点与所述钻孔终点间的增斜段的钻孔倾角，θ0为所述预设钻孔起点与所述钻孔终点间的稳斜段的钻孔倾角，Δli为所述增斜段的钻进过程中每两次测量点间距，Δlj为所述稳斜段的钻进过程中每两次测量点间距。
可选地，所述基于所述硬岩地层包含的多个岩层的类型，确定与所述钻孔轨迹对应的至少一个钻孔设备，包括：确定每层岩层对应的硬度，根据所述硬度确定对应的钻孔设备，其中，不同硬度对应的钻孔设备不同。
可选地，所述确定经过所述钻孔后的岩层是否出现漏水区域，包括：若所述钻孔设备回收的钻井液容量小于预设钻井液容量，确定出现所述漏水区域。
可选地，所述多个岩层包括分层煤层、石炭系煤层或侏罗系煤层；所述方法还包括：若所述漏水区域对应的岩层为所述分层煤层，通过以下公式确定所述漏水区域：其中，Hf1为所述分层煤层对应的漏水区域，M1为所述分层煤层的开采厚度；若所述漏水区域对应的岩层为所述石炭系煤层，通过以下公式确定所述漏水区域：/>其中，Hf2为所述石炭系煤层对应的漏水区域，M2为所述石炭系煤层的开采厚度；若所述漏水区域对应的岩层为所述侏罗系煤层，通过以下公式确定所述漏水区域：Hf3＝20M3±10，其中，Hf3为所述侏罗系煤层对应的漏水区域，M3为所述侏罗系煤层的开采厚度。
可选地，在对所述漏水区域进行注浆之前，所述方法包括：响应于确定所述漏水区域的漏水量小于第一预设漏水量且大于等于第二预设漏水量，基于所述漏水量，对所述钻孔设备中的待注入浆液中的液体与第一固体的比例进行调整；响应于确定所述漏水区域的漏水量大于等于第一预设漏水量，在所述待注入浆液中加入第二固体，基于所述漏水量，对所述待注入浆液中的液体、第一固体与第二固体的比例进行调整。
可选地，所述水文地质信息包括每个岩层对应的岩层硬度；在利用至少一个钻孔设备，按照所述钻孔轨迹对所述硬岩地层中的多个岩层依次进行钻孔之前，所述方法包括：检测所述岩层的检测硬度；响应于确定所述检测硬度与所述检测硬度对应的岩层硬度的差值大于预设差值，基于所述差值，对所述岩层对应的钻孔设备进行调整。
可选地，在对所述漏水区域进行注浆之后，所述方法包括：对经过所述注浆后的漏水区域进行监测，响应于监测到所述注浆所用的浆液未能堵水，对所述浆液进行更换。
可选地，在对所述漏水区域进行注浆之后，所述方法还包括：确定所述钻孔设备回收的岩层碎屑的质量，响应于确定所述质量小于或等于预设质量，增加钻井液的稠度。
从上面所述可以看出，本申请提供的硬岩地层的注浆堵水方法，所述方法包括获取所述硬岩地层的水文地质信息和煤层信息。基于所述水文地质信息和所述煤层信息，确定所述硬岩地层的钻孔轨迹，通过钻孔轨迹的准确确定，为后续的钻孔的顺利进行奠定了基础。基于所述硬岩地层包含的多个岩层的类型，确定与所述钻孔轨迹对应的至少一个钻孔设备，确保了钻孔的高效进行。利用至少一个钻孔设备，按照所述钻孔轨迹对所述硬岩地层中的多个岩层依次进行钻孔，确保了钻孔的顺利进行。确定经过所述钻孔后的岩层是否出现漏水区域，若出现所述漏水区域，对所述漏水区域进行注浆，实现对漏水区域进行注浆封堵的目的，大幅降低了含水层的渗透系数，进而使得含水层的侧向涌水量大幅减少，实现了顶板水害与冲击地压灾害的协同防治，保障矿井的安全生产。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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申请的实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的硬岩地层的注浆堵水方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术部分所述，随着生产生活的不断变革，人们对煤资源的需求量与日俱增，进而需要对岩层下的煤资源进行开采。矿井为对煤资源进行开采的一条重要的交通通道，它通过连接采掘工作面与其它设施，实现煤矿生产的各种运输需求。此外，矿井还承担着通风、排水、电力、供氧等多种重要功能。因此，如何避免矿井发生涌水是十分重要的。煤资源中的煤层顶板覆盖有巨厚砂岩含水层，使得煤层所在区域充水强度高，示例性的，我国西北地区的侏罗系煤层具有相对高的冲水强度。通常通过注浆堵水或超前疏放水的方法来避免煤层顶板突水或涌水，针对煤层顶板上覆岩层的岩性及富水性反演确定岩性展布形态，同时根据岩层的导水裂隙带发育高度，预测开采区域的裂隙发育空间。在煤资源开采前进行注浆，制造隔水帷幕，以此降低煤层上覆巨厚砂岩富水含水层突水危害。
但是，高强度的煤资源开采可能会诱发其上覆多层岩层完全破断，增加了岩层中的导水裂隙带的发育高度，使得与上覆砂岩含水层产生水力联系，地下水涌入采空区，造成矿井涌水量急剧增加，严重影响矿井安全生产开采。且目前国内外的专家学者对于硬岩地层注浆堵水的研究相对较少，并未给出如何在硬岩地质条件下进行有效的注浆堵水的具体方案。
有鉴于此，本申请实施例提出了一种硬岩地层的注浆堵水方法，参考图1，包括以下步骤：
步骤101，获取所述硬岩地层的水文地质信息和煤层信息。
在该步骤中，硬岩地层为颗粒牢固联结、有较高的力学强度的岩石构成的地层，矿井施工难度大，因此，在施工前需要确定在硬岩地质条件下的注浆堵水方案。首先，在对硬岩地层进行注浆堵水前，需要获取硬岩地层的水文地质信息和煤层信息，以便为后续确定针对于硬岩地层的注浆堵水方法奠定基础。通过对硬岩地层的勘察结果，结合与硬岩地层相关的煤层地质资料和井下开采资料进行综合分析，确定水文地质信息和煤层信息。其中，井下开采资料具体包括：历史钻探成果，地球物理测井资料，采样抽水实验资料，地下水动态观测资料，含水层及导水裂隙带的位置、厚度、矿井水化学元素分布以及含水层顶板与煤层顶板的距离、厚度等。
步骤102，基于所述水文地质信息和所述煤层信息，确定所述硬岩地层的钻孔轨迹。
在该步骤中，对硬岩地层中的煤资源进行开采时，假如以位于煤层的钻孔终点与位于地面上的钻孔起点的垂直路径作为钻孔轨迹，则在对煤资源进行高强度采集时，可能诱发其上覆岩层完全破断，对整段钻孔轨迹造成影响，进而使得矿井的涌水量大大增加。为了解决上述问题，本申请中的钻孔轨迹通过硬岩地层中每层岩层的岩性、孔隙度及富水性等水文地质信息以及煤层信息综合确定，且确定的钻孔轨迹对应的偏距相对大，其中，偏距相对大是指钻孔起点和钻孔终点在水平投影面上存在较大水平位移。在钻孔轨迹的偏距相对大的情况下，即使煤资源的上覆岩层破断，也不会影响整段钻孔轨迹，矿井的涌水量大大减少。偏距相对大的钻孔轨迹可以包括多种类型的钻孔段，示例性的，钻孔段包括直井段、造斜点、增斜段、稳斜段以及降斜段等，其中，直井段的倾角需小于或等于0.01°/m；增斜段的倾角需控制在9-15°/m；稳斜段的倾角为固定值，根据实际钻孔环境确定；增斜段及稳斜段的钻孔段长度之和需大于或等于25m。提前测算钻孔轨迹所需的数值，为后续钻孔的顺利进行奠定基础。需要说明的是，为了使得确定的钻孔轨迹更为准确，上述信息还可以结合钻孔工具、钻孔孔径、转速等因素进行综合考量。通过钻孔轨迹的准确确定，为后续的钻孔的顺利进行奠定了基础。
步骤103，基于所述硬岩地层包含的多个岩层的类型，确定与所述钻孔轨迹对应的至少一个钻孔设备。
在该步骤中，确定完成钻孔轨迹后，为了使得钻孔的顺利进行，需要确定合适的钻孔设备。硬岩地层包含多个岩层的类型，不同岩层的硬度不同，进而需要的钻孔设备也不相同。每个钻孔设备的钻孔能力并不相同，其中，钻孔能力可以通过钻孔设备对硬度不同的岩层进行钻孔体现，钻孔能力越强，说明钻孔设备越能够对硬度大的岩层进行钻孔；钻孔能力越弱，说明钻孔设备只能够对硬度相对低的岩层进行钻孔。确定合适的钻孔设备，既使得对硬岩地层的施工难度降低，也提高了对硬岩地层的施工效率。通过钻孔轨迹可以获知钻孔所途经的岩层，进而根据岩层的硬度采取相对应的钻孔设备，确保了钻孔的高效进行。
步骤104，利用至少一个钻孔设备，按照所述钻孔轨迹对所述硬岩地层中的多个岩层依次进行钻孔。
在该步骤中，钻孔轨迹途径的每个岩层都对应有相适配的钻孔设备，利用适配的钻孔设备，按照钻孔轨迹，对多个岩层依次进行钻孔，确保了钻孔的顺利进行。需要说明的是，在钻孔之前，利用已掌握的施工技术和相关资料，初步确定施工方案，在钻孔过程中，严格记录施工数据，做好数据整理分析。在钻孔之后，依据分析施工数据成果和施工中遇到的具体情况调整施工方案。
步骤105，确定经过所述钻孔后的岩层是否出现漏水区域，若出现所述漏水区域，对所述漏水区域进行注浆。
在该步骤中，确定钻孔轨迹时，在确保钻孔效率的前提下，应尽量避免钻孔轨迹经过硬岩地层中的含水层。含水层可以分为富水性且存在导水裂隙带区域和富水性但不存在导水裂隙带区域，其中，井孔涌水量大于5L/s为极强富水性，1-5L/s为强富水性，0.1-1L/s为中等富水性，小于0.1L/s为弱富水性。但是，在钻孔轨迹不可避免的需要经过含水层的情况下，则在矿井的施工过程中会出现漏水区域。若出现漏水区域，需要对漏水区域进行注浆，实现对漏水区域进行注浆封堵的目的，大幅降低了含水层的渗透系数，进而使得含水层的侧向涌水量大幅减少，实现了顶板水害与冲击地压灾害的协同防治，保障矿井的安全生产。
需要说明的是，注浆过程中，以压裂注浆方式为主，浆液先稀后重，比重先小后大，注浆结束标准不得低于终压，且满足压水15-20min不泄压。采用注浆孔分段回流返注技术，通过回流返注的方式使得浆液扩散更加均匀，减少注浆孔内浆液的浪费和孔隙的过度固化。示例性的，在岩层破碎区域可以少量注浆，稳固孔壁，且间隔0m-15m-30m-40m-60m分段式不起钻，加装止浆塞注浆，注浆采用少量多注。
通过上述方案，获取所述硬岩地层的水文地质信息和煤层信息。基于所述水文地质信息和所述煤层信息，确定所述硬岩地层的钻孔轨迹，通过钻孔轨迹的准确确定，为后续的钻孔的顺利进行奠定了基础。基于所述硬岩地层包含的多个岩层的类型，确定与所述钻孔轨迹对应的至少一个钻孔设备，确保了钻孔的高效进行。利用至少一个钻孔设备，按照所述钻孔轨迹对所述硬岩地层中的多个岩层依次进行钻孔，确保了钻孔的顺利进行。确定经过所述钻孔后的岩层是否出现漏水区域，若出现所述漏水区域，对所述漏水区域进行注浆，实现对漏水区域进行注浆封堵的目的，大幅降低了含水层的渗透系数，进而使得含水层的侧向涌水量大幅减少，实现了顶板水害与冲击地压灾害的协同防治，保障矿井的安全生产。
在一些实施例中，所述确定所述硬岩地层的钻孔轨迹，包括：基于所述水文地质信息和所述煤层信息，确定所述硬岩地层的钻孔范围，在所述钻孔范围内筛选满足预设条件的钻孔起点，并确定所述钻孔起点对应的钻孔轨迹。
在本实施例中，由于为了避免每层的上覆岩层的破裂，需要在距离煤层的上覆岩层相对远的位置进行钻孔，进而需要确定硬岩地层的钻孔范围。在确定完成钻孔范围后，还需在钻孔范围内筛选满足预设条件的钻孔起点，其中，预设条件可以为在确保施工安全的前提下，避免对施工周围环境造成影响的条件，示例性的，避免在如矿区地下管线、建筑物等对周边环境和设施造成损坏或影响的区域施工；避免在断层、褶皱、岩溶、软弱层等地质灾害易发区域施工。钻孔起点应选在地质结构和地层条件较好的区域。合理的钻孔起点，确保了施工安全，使得矿井不易坍塌，保证煤炭开采的安全。
在一些实施例中，所述确定所述硬岩地层的钻孔范围，包括：通过以下公式确定所述钻孔范围：其中，L为钻孔半径，L1为预设钻孔起点对应的第一直井段长度，L2为钻孔终点对应的第二直井段长度，θi为所述预设钻孔起点与所述钻孔终点间的增斜段的钻孔倾角，θ0为所述预设钻孔起点与所述钻孔终点间的稳斜段的钻孔倾角，Δli为所述增斜段的钻进过程中每两次测量点间距，Δlj为所述稳斜段的钻进过程中每两次测量点间距。
在本实施例中，为确保指钻孔起点和钻孔终点在水平投影面上存在较大水平位移，即确保钻孔轨迹为偏距相对大的轨迹，需要确定钻孔半径。在上述钻孔半径大于或等于估算偏距的情况下，即可确保钻孔轨迹为偏距相对大的轨迹。计算估算偏距所需的数值可以通过历史经验和具体的计算确定，其中，需满足通过公式计算，得到准确的钻孔半径，进而使得确定的钻孔轨迹更为准确。
在一些实施例中，所述基于所述硬岩地层包含的多个岩层的类型，确定与所述钻孔轨迹对应的至少一个钻孔设备，包括：确定每层岩层对应的硬度，根据所述硬度确定对应的钻孔设备，其中，不同硬度对应的钻孔设备不同。
在本实施例中，不同硬度的岩层需要不同的钻孔设备，进而使得对硬岩地层的钻孔的顺利且高效的进行。示例性的，可以根据水文地质信息将硬岩地层中的岩层的硬度分为三类，一类为松散岩土层，钻孔设备中的配置为：动力头+钻杆+直螺杆+TCX-50型号的磁通门测斜仪+硬质合金钻头；二类为浅部硬岩地层，钻孔设备中的配置为：动力头+钻杆+定向接头+直螺杆+TCX-50型号的磁通门测斜仪+金刚石电镀镶齿牙轮钻头；三类为深部硬岩地层，钻孔设备中的配置为：动力头+钻杆+MWD随钻定向仪+金刚石热压镶齿牙轮钻头。此外，还需据实际施工选取对应导斜仪器，示例性的，导斜仪器可以为磁通门测斜仪、陀螺测斜仪或无限随钻定向仪器，其中，磁通门测斜仪精准度较高，应用性较强，但在金属矿井尤其是铁矿中，岩层内铁含量对其精准度影响较大。此外陀螺测斜仪又可分为机械陀螺测斜仪和光纤陀螺测斜仪，光纤陀螺仪抗震性较差，应用随钻测斜中成本太高，机械陀螺磨损快抗震性差，日常维护成本高。
在一些实施例中，所述确定经过所述钻孔后的岩层是否出现漏水区域，包括：若所述钻孔设备回收的钻井液容量小于预设钻井液容量，确定出现所述漏水区域。
在本实施例中，钻井液是钻探过程中，钻孔内循环使用的冲洗介质。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。由于钻井液在钻孔设备中是循环利用的，因此，一旦回收的钻井液容量小于预设钻井液容量，则说明经过钻孔后的岩层出现了漏水区域，进而达到了准确确定漏水区域的目的。
在一些实施例中，所述多个岩层包括分层煤层、石炭系煤层或侏罗系煤层；所述方法还包括：若所述漏水区域对应的岩层为所述分层煤层，通过以下公式确定所述漏水区域：其中，Hf1为所述分层煤层对应的漏水区域，M1为所述分层煤层的开采厚度；若所述漏水区域对应的岩层为所述石炭系煤层，通过以下公式确定所述漏水区域：/>其中，Hf2为所述石炭系煤层对应的漏水区域，M2为所述石炭系煤层的开采厚度；若所述漏水区域对应的岩层为所述侏罗系煤层，通过以下公式确定所述漏水区域：Hf3＝20M3±10，其中，Hf3为所述侏罗系煤层对应的漏水区域，M3为所述侏罗系煤层的开采厚度。
在本实施例中，分层煤层、石炭系煤层或侏罗系煤层通常为硬岩地层的直井段，为了对上述煤层进行开采，钻孔轨迹需穿越上述煤层。上述煤层的高度即为对应的漏水区域，进而需要计算上述煤层的高度。不同的煤层具有不同的高度，可以通过具体的计算公式确定。通过具体数值，达到了准确确定岩层的漏水区域的目的，以便根据漏水区域，对岩层进行注浆堵水，确保了煤层开采的安全。
在一些实施例中，在对所述漏水区域进行注浆之前，所述方法包括：响应于确定所述漏水区域的漏水量小于第一预设漏水量且大于等于第二预设漏水量，基于所述漏水量，对所述钻孔设备中的待注入浆液中的液体与第一固体的比例进行调整；响应于确定所述漏水区域的漏水量大于等于第一预设漏水量，在所述待注入浆液中加入第二固体，基于所述漏水量，对所述待注入浆液中的液体、第一固体与第二固体的比例进行调整。
在本实施例中，在漏水量相对少的情况下，即漏水量小于第一预设漏水量且大于等于第二预设漏水量，可以通过对钻孔设备中的待注入浆液中的液体与第一固体的比例进行调整，其中，上述液体可以为水，上述固体可以为水泥，以达到后续可以通过待注入浆液进行堵水的目的。上述调整比例随着漏水量的增加而增大，示例性的，随着漏水量的增加，液体与第一固体的比例可以按照1：4.5、1：3、1：2.5、1：2、1：1变化。在漏水量相对多的情况下，即漏水量大于等于第一预设漏水量，可以在待注入浆液中加入第二固体，对钻孔设备中的待注入浆液中的液体、第一固体与第二固体的比例进行调整，其中，上述液体可以为水，上述第一固体可以为水泥，上述第二固体可以为骨料，如细骨料、黏土，以达到后续可以通过待注入浆液进行堵水的目的。上述调整比例随着漏水量的增加而增大，示例性的，随着漏水量的增加，液体与固体的质量比例可以按照0.6～1.3：0.6～1.3：0.6～1.3：0.4～1.5变化。
在一些实施例中，所述水文地质信息包括每个岩层对应的岩层硬度；在利用至少一个钻孔设备，按照所述钻孔轨迹对所述硬岩地层中的多个岩层依次进行钻孔之前，所述方法包括：检测所述岩层的检测硬度；响应于确定所述检测硬度与所述检测硬度对应的岩层硬度的差值大于预设差值，基于所述差值，对所述岩层对应的钻孔设备进行调整。
在本实施例中，硬岩地层中的岩层对应的钻孔设备并不是一成不变的，在钻孔过程中需要实时对钻孔所途经的岩层进行硬度检测，一旦确定检测硬度与预先估算的岩层硬度不同，需及时对岩层对应的钻孔设备进行调整。示例性的，钻孔过程中检测到岩层的实际硬度大于预先估算的岩层硬度，及时调整钻孔设备，例如，钻孔设备可以调整为采用TSJ-2000型号的钻机，配合有F130型号的泥浆泵、MWD(随钻测量，Measure While Drilling)随钻定向仪器及TCX-50型号的磁通门测斜仪，进而完成对上述岩层的钻孔。钻孔设备的动态更换，确保了钻孔设备与岩层硬度相匹配，使得钻孔高效进行。
在一些实施例中，在对所述漏水区域进行注浆之后，所述方法包括：对经过所述注浆后的漏水区域进行监测，响应于监测到所述注浆所用的浆液未能堵水，对所述浆液进行更换。
在本实施例中，注浆所用的浆液可能仍存在不能有效堵水的情况，上述情况也可称作跑浆现象。在施工过程中应当加强对跑浆现象的监测，一旦出现漏水，可以及时更换注浆所用的浆液。示例性的，采用早强水泥替代普通水泥，在浆液中增添加剂，如水玻璃、粘土等。为预防发生跑浆现象，可以采用加压措施，同时使用专用膏浆固化剂。注浆时，通过预判漏水区域，安排专人蹲守现场监测；注浆后，加强对注浆后的漏水区域的监测，既降低了跑浆量，也降低了跑浆现象对生产、安全的影响。
在一些实施例中，在对所述漏水区域进行注浆之后，所述方法还包括：确定所述钻孔设备回收的岩层碎屑的质量，响应于确定所述质量小于或等于预设质量，增加钻井液的稠度。
在本实施例中，在对漏水区域进行注浆之后，还需确定钻孔设备回收的岩层碎屑的质量，若回收的岩层碎屑的质量小于或等于预设质量，需要钻孔设备增加钻井液的稠度，示例性的，增加的泵量的稠度变化可以在15-30cm2/s，使得岩层碎屑可以通过钻井液被顺利吸附回钻孔设备。为了进一步保障岩层碎屑的顺利回收，也可在增加钻井液的稠度的同时，增加泥浆泵泵量。
需要说明的是，对于未回收的岩层碎屑，可以通过钻孔设备向钻孔后的岩层延伸出钻杆，通过向上提拉钻杆划动矿井孔壁，阻止岩层碎屑堆积形成岩屑床。上述划动操作结束后，间隔预定时间测一次钻孔设备中的预存储水的水位，例如，预定时间可以为30分钟，测量结束后压水15-20min，充分循环孔内岩屑，清除井壁泥浆饼，以便后续注浆的顺利进行。
在本申请提供的另一种实施例中，本申请中不仅可以利用矿井对煤资源进行开采，还可以利用矿井对其他硬岩地层中的资源进行开采。示例性的，某金属矿的主副井区域涌水量平均值约为18000t/d，地下水水化学分类属于卤水，氯离子含量超高，不能达到政府环境保护零排放要求。为达到节能减排，绿色持续生产的要求，需要对金属矿的漏水区域进行注浆封堵。该金属矿依山而建，现场不具备均匀布孔条件，故根据布孔原则在适合位置布置4台钻孔设备，采用4个主钻孔利用定向造孔技术，分支成17个注浆钻孔对岩层含水裂隙进行注浆，以形成止水帷幕。
需要说明的是，本申请实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硬岩地层的注浆堵水方法，其特征在于，包括：
获取所述硬岩地层的水文地质信息和煤层信息；
基于所述水文地质信息和所述煤层信息，确定所述硬岩地层的钻孔轨迹；
基于所述硬岩地层包含的多个岩层的类型，确定与所述钻孔轨迹对应的至少一个钻孔设备；
利用至少一个钻孔设备，按照所述钻孔轨迹对所述硬岩地层中的多个岩层依次进行钻孔；
确定经过所述钻孔后的岩层是否出现漏水区域，若出现所述漏水区域，对所述漏水区域进行注浆。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述硬岩地层的钻孔轨迹，包括：
基于所述水文地质信息和所述煤层信息，确定所述硬岩地层的钻孔范围，在所述钻孔范围内筛选满足预设条件的钻孔起点，并确定所述钻孔起点对应的钻孔轨迹。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述硬岩地层的钻孔范围，包括：
通过以下公式确定所述钻孔范围：
其中，L为钻孔半径，L1为预设钻孔起点对应的第一直井段长度，L2为钻孔终点对应的第二直井段长度，θi为所述预设钻孔起点与所述钻孔终点间的增斜段的钻孔倾角，θ0为所述预设钻孔起点与所述钻孔终点间的稳斜段的钻孔倾角，Δli为所述增斜段的钻进过程中每两次测量点间距，Δlj为所述稳斜段的钻进过程中每两次测量点间距。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述硬岩地层包含的多个岩层的类型，确定与所述钻孔轨迹对应的至少一个钻孔设备，包括：
确定每层岩层对应的硬度，根据所述硬度确定对应的钻孔设备，其中，不同硬度对应的钻孔设备不同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定经过所述钻孔后的岩层是否出现漏水区域，包括：
若所述钻孔设备回收的钻井液容量小于预设钻井液容量，确定出现所述漏水区域。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个岩层包括分层煤层、石炭系煤层或侏罗系煤层；
所述方法还包括：
若所述漏水区域对应的岩层为所述分层煤层，通过以下公式确定所述漏水区域：其中，Hf1为所述分层煤层对应的漏水区域，M1为所述分层煤层的开采厚度；
若所述漏水区域对应的岩层为所述石炭系煤层，通过以下公式确定所述漏水区域：其中，Hf2为所述石炭系煤层对应的漏水区域，M2为所述石炭系煤层的开采厚度；
若所述漏水区域对应的岩层为所述侏罗系煤层，通过以下公式确定所述漏水区域：Hf3＝20M3±10，其中，Hf3为所述侏罗系煤层对应的漏水区域，M3为所述侏罗系煤层的开采厚度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述漏水区域进行注浆之前，所述方法包括：
响应于确定所述漏水区域的漏水量小于第一预设漏水量且大于等于第二预设漏水量，基于所述漏水量，对所述钻孔设备中的待注入浆液中的液体与第一固体的比例进行调整；
响应于确定所述漏水区域的漏水量大于等于第一预设漏水量，在所述待注入浆液中加入第二固体，基于所述漏水量，对所述待注入浆液中的液体、第一固体与第二固体的比例进行调整。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水文地质信息包括每个岩层对应的岩层硬度；
在利用至少一个钻孔设备，按照所述钻孔轨迹对所述硬岩地层中的多个岩层依次进行钻孔之前，所述方法包括：
检测所述岩层的检测硬度；
响应于确定所述检测硬度与所述检测硬度对应的岩层硬度的差值大于预设差值，基于所述差值，对所述岩层对应的钻孔设备进行调整。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述漏水区域进行注浆之后，所述方法包括：
对经过所述注浆后的漏水区域进行监测，响应于监测到所述注浆所用的浆液未能堵水，对所述浆液进行更换。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述漏水区域进行注浆之后，所述方法还包括：
确定所述钻孔设备回收的岩层碎屑的质量，响应于确定所述质量小于或等于预设质量，增加钻井液的稠度。
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