【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于底板隔水层构建方法，涉及一种带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法。
技术介绍
1、我国华北型煤田煤层回采普遍面临底板灰岩含水层的水害威胁，开展区域注浆治理是防治底板灰岩水害的常用手段。但传统注浆治理方法以钻孔为浆液运移通道，受限于地面注浆压力的限制，浆液扩散半径小，治理效率低。以往的压裂注浆，依靠地面水力压裂形成地层裂隙，但这种方式形成的地层裂隙方向性不易掌控，地层裂隙易沿地层结构弱面无序扩散，导致注浆过程中浆液也无序扩散，不易构建稳定的隔水层。且由于钻孔孔径小，退钻后缺乏支撑，容易塌孔，使得浆液扩散范围有限。此外，由于地面水力压裂产生的裂隙方向不易控制，导致地层裂隙的联通性差，难以联通到隐伏陷落柱，治理后容易留下安全隐患，煤矿安全生产面临潜在风险。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，解决了现有技术中存在的注浆过程中浆液无序扩散，不易构建稳定的隔水层的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，具体包括以下步骤：
3、步骤1：将地面向下依次有煤层、底板、多个岩层、含水层的所在地面作为施工区并在施工区内根据建筑物分布情况选择施工场地；计算目标层的临界标高并根据它的值选择目标层；
4、步骤2：从施工区边缘位置钻孔至目标层并沿水平方向分支钻孔直至分支覆盖目标层，将每个分支进行分段；
5、步骤3：向一个分段的两侧射孔形成多个水平裂隙；将遇水膨胀颗粒输入每个
6、步骤4：循环步骤3，直至完成全部分段和分支的射孔、投粒、压裂、注浆工作。
7、本专利技术带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法的特点还在于：
8、步骤1具体按照如下步骤实施：
9、步骤1.1，矿井规划的回采范围自地面向下依次有煤层、底板、多个岩层、含水层，根据矿井采掘规划及面临的含水层的水害威胁情况，将矿井规划的回采范围边界外扩30m-50m，作为需要构建的底板隔水层范围，将底板隔水层范围所在的地面作为施工区；
10、步骤1.2，在施工区内选择平整、空旷、交通便捷的区域作为施工场地；在施工场地上自地面延伸至含水层开设水位观测孔；在水位观测孔外安装水位观测表；
11、步骤1.3，根据矿井建设期间施工的勘探钻孔测出底板的标高，从水位观测表查看水位观测孔的水位标高，计算水压值p和目标层的临界标高h4：
12、
13、
14、其中h2为水位观测孔的水位标高；h1为底板的标高；1mpa的水压对应100m的水位；t为煤层回采突水系数值，取值0.1；
15、步骤1.4，在底板和含水层间的多个岩层中选择小于目标层的临界标高的砂岩层或灰岩层作为目标层；
16、步骤1.5，将运输车、安装有射孔压裂设备和控制开关的射孔压裂车、材料搅拌注浆站、内部设有钻杆的钻机、钻机控制室、安装有压力表的注浆泵布设在施工场地；通过输送管连接运输车与材料搅拌注浆站、材料搅拌注浆站与注浆泵、射孔压裂车与注浆泵、注浆泵与钻机。
17、步骤1.5中钻机为长距离定向钻机；射孔压裂设备包括引导头，引导头的一端固接有机械定位器的一端，机械定位器的另一端固接有水力射孔器的一端，水力射孔器的另一端固接有扶正器的一端，扶正器的另一端固接有连接器，水力射孔器外壁上设有位于同一水平线的若干喷口。
18、步骤2具体按照如下步骤实施：
19、步骤2.1，设计从施工区边缘位置钻至目标层位置的垂直钻孔轨迹及从垂直钻孔轨迹终点出发向目标层内侧钻进并到达与垂直钻孔轨迹终点所在边缘线相对的另一边缘线的水平钻孔轨迹；水平钻孔轨迹分为间隔的若干分支钻孔轨迹，分支钻孔轨迹均分为若干连接的分段；水平钻孔轨迹上相邻的两个分支钻孔轨迹间隔40m-60m，每个分支钻孔轨迹上的分段长度均为400m-600m；分段的数量m和分支钻孔轨迹n的数量的计算方法如下：
20、
21、
22、其中d1为水平钻孔轨迹的长度，为分段的平均长度；d2为与水平钻孔轨迹垂直的施工区的边缘线的长度，为所有相邻分支钻孔轨迹的平均间距；
23、步骤2.2，将钻机移动至垂直钻孔轨迹的起点位置，钻杆沿垂直钻孔轨迹钻进至其终点位置并沿水平钻孔轨迹的一条分支钻孔轨迹钻进至其终点位置，形成钻孔；
24、步骤2.3，将钻杆退至钻孔的孔口外，在钻孔的孔口处安装闸阀并打开闸阀，将射孔压裂设备安装在钻杆的头部，通过引导头将射孔压裂设备推进至垂直钻孔轨迹的终点位置；
25、步骤2.4，根据钻机控制室实时显示的钻孔三维坐标，通过机械定位器将射孔压裂设备推进至钻好的分支钻孔轨迹的终点位置；
26、步骤2.5，通过引导头的进退和旋转，并用扶正器固定水力射孔器，使水力射孔器上的喷口与地层倾向一致，确保射孔沿地层层理扩散。
27、步骤3具体按照如下步骤实施：
28、步骤3.1，将最靠近分支钻孔轨迹终点位置的分段作为第一分段，打开控制开关，用射孔压裂设备对第一分段进行第一次射孔工作；
29、步骤3.2，第一次射孔工作完成后，将射孔压裂设备后退100m-120m距离，再次通过引导头调整射孔压裂设备至下一次射孔工作的终点位置，并用扶正器固定水力射孔器，使水力射孔器的喷口与地层倾向一致；
30、步骤3.3，循环步骤3.1和步骤3.2，直至完成第一分段的全部射孔工作，关闭控制开关，然后将钻杆及射孔压裂设备退出钻孔的孔口外，施工过程中需要记录分析每个分段射孔的压力值；
31、步骤3.4，使用运输车将遇水膨胀颗粒与油基润滑材料通过输送管输送至材料搅拌注浆站；
32、步骤3.5，将遇水膨胀颗粒与油基润滑材料按照体积比1:4-6的比例混合后通过输送管输送至注浆泵，注浆泵通过输送管将其注入所有的水平裂隙内，施工过程中需要记录分析每个分段投入的遇水膨胀颗粒量，第一分段的投粒工作完成；
33、步骤3.6，使用射孔压裂车通过输送管将高压水输送至注浆泵，注浆泵通过输送管向目标层注入高压水，遇水膨胀颗粒遇水膨胀从而支撑水平裂隙，高压水劈裂水平裂隙并形成贯通裂隙，高压水驱动遇水膨胀颗粒在贯通裂隙内运移，通过闸阀关闭钻孔的孔口，使遇水膨胀颗粒在水的浸润下膨胀并支撑贯通裂隙；
34、步骤3.7，待遇水膨胀颗粒膨胀并卡在岩层间裂隙后，通过闸阀打开钻孔的孔口，将高压水按照0.4mpa/h-0.6mpa/h的降幅释放，直至钻孔的孔口压力降至0mpa，施工过程中需要记录分析每个分段压裂的压力值和注入高压水量，第一分段的压裂工作完成；
35、步骤3.8，待高压水释放完成后，使用注浆泵向目标层内的贯通裂隙中注入水泥浆液，使其充填并封闭岩层间裂隙，待水泥浆液凝结后形成底板隔水层并本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：将地面向下依次有煤层(6)、底板(25)、多个岩层、含水层(9)的所在地面作为施工区并在施工区内根据建筑物分布情况选择施工场地；计算目标层(7)的临界标高并根据它的值选择目标层(7)；步骤2：从治理区边缘位置钻孔至目标层(7)并沿水平方向分支钻孔直至分支覆盖目标层(7)，将每个分支进行分段；步骤3：向一个分段的两侧射孔形成多个水平裂隙(17)；将遇水膨胀颗粒(16)输入每个水平裂隙(17)；向目标层(7)注入高压水使水平裂隙(17)连通成贯通裂隙(28)；将水泥浆液注入贯通裂隙(28)，凝结后封堵发育至目标层(7)的隐伏陷落柱(15)；步骤4：循环步骤3，直至完成全部分段和分支的射孔、投粒、压裂、注浆工作。
2.根据权利要求1所述的带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，其特征在于，所述步骤1具体按照如下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，其特征在于，所述步骤1.5中钻机(4)为长距离定向钻机；射孔压裂设备(10)包括引导头(14)，引导头(14)
4.根据权利要求1-3任意一项所述的带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，其特征在于，所述步骤2具体按照如下步骤实施：
5.根据权利要求1-4任意一项所述的带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，其特征在于，所述步骤3具体按照如下步骤实施：
6.根据权利要求1或2或5所述的带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，其特征在于，所述步骤4在钻杆(23)的钻进过程中需要做好岩屑录井分析，观察返回岩屑中是否包含水泥结石体(18)，如钻进全程的返回岩屑中都可见水泥结石体(18)，则判断分支钻孔治理合格；如钻进全程的返回岩屑中有超过30m未见水泥结石体(18)，则将未见水泥结石体(18)的施工段判断为异常施工段，分析施工过程中的异常施工段，对异常施工段补充循环作业，直至完成施工区的全面覆盖。
...【技术特征摘要】
1.带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：将地面向下依次有煤层(6)、底板(25)、多个岩层、含水层(9)的所在地面作为施工区并在施工区内根据建筑物分布情况选择施工场地；计算目标层(7)的临界标高并根据它的值选择目标层(7)；步骤2：从治理区边缘位置钻孔至目标层(7)并沿水平方向分支钻孔直至分支覆盖目标层(7)，将每个分支进行分段；步骤3：向一个分段的两侧射孔形成多个水平裂隙(17)；将遇水膨胀颗粒(16)输入每个水平裂隙(17)；向目标层(7)注入高压水使水平裂隙(17)连通成贯通裂隙(28)；将水泥浆液注入贯通裂隙(28)，凝结后封堵发育至目标层(7)的隐伏陷落柱(15)；步骤4：循环步骤3，直至完成全部分段和分支的射孔、投粒、压裂、注浆工作。
2.根据权利要求1所述的带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，其特征在于，所述步骤1具体按照如下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的带压开采煤矿中构建底板隔水层的方法，其特征在于，所述步骤1.5中钻机(4)为长距离定向钻机；射孔压裂设备(10)包括引导头(14)，引导...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫鑫，丁湘，蒲治国，李哲，纪卓辰，张坤，冯洁，刘凯祥，贺晓浪，李兆扬，樊江伟，段东伟，刘溪，黄海鱼，谢朋，张齐，秦伟，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。