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1、10申请公布号CN102877884A43申请公布日20130116CN102877884ACN102877884A21申请号201210348377722申请日20120913E21F17/0020060171申请人山东能源集团有限公司地址250014山东省济南市经十路10777号山东能源集团有限公司72发明人卜昌森翟明华李术才孙春江李伟郭信山刘人太54发明名称一种基于千米定向钻探技术的矿井奥灰顶部改造及施工方法57摘要本发明涉及一种基于千米定向钻探技术的矿井奥灰顶部改造方法。它包括使用千米定向钻机实施矿井奥灰顶部注浆改造的钻探工作，钻孔是顺层非线性的，钻孔布置形态可以是“一孔开孔、多孔分叉。
2、”的，采用前进式注浆。本发明的奥灰顶部改造方法，解决了在承压含水层以上采煤时，隔水层厚度、强度不够情况下的安全开采问题。可以在不占用采煤或掘进工作面条件下大范围封堵奥灰岩溶发育构造和隐伏断裂构造，将奥灰顶部一定范围内由透水层转变为阻水层，达到解放受承压水威胁的矿产资源、并可在此环境下实施连续掘进和回采、不留或少留防隔水煤柱、提高资源回收率的目的。51INTCL权利要求书1页说明书2页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图1页1/1页21一种基于千米定向钻探技术的矿井奥灰顶部改造方法，其特征是，包括1使用千米定向钻机对奥灰高压含水层进行钻孔，利用钻孔。
3、进行钻探和注浆改造，将一定范围内奥灰含水层转变为隔水层；2钻孔是顺着奥灰岩层布置的，而且是非线性的即为顺层非线性布置；3钻孔施工顺序是从改造区域的外侧向内侧进行，每个钻孔钻探和注浆全部完成后进入下一钻孔施工；4钻孔整体布置采用两序布置，后序补充钻孔作为前序施工的检查孔和补注孔；5注浆过程中采用前进式注浆，即钻孔内发生涌水后即退钻进行注浆，注浆完成后继续钻进。2如权利要求1所述的改造方法，其特征是钻孔布置形态是“一孔开孔、多孔分叉”。3如权利要求1或2所述的改造方法，其特征是，根据实际工况对钻孔参数进行调整。4如权利要求2所述的改造方法，其特征是，分叉钻孔间距和长度根据实际工况确定，各分叉钻孔间。
4、距由注浆浆液扩散半径及实际工况确定。5如权利要求1所述的改造方法，其特征是，首先施工前序钻孔，从改造区域的外侧向内侧进行；然后施工后序补充钻孔，同样从改造区域的外侧向内侧进行，后序钻孔起到注浆检查和补注的作用。6如权利要求1所述的改造方法，其特征是，钻孔能够大角度相交穿透导水断层。7一种基于千米定向钻探技术的矿井奥灰顶部改造施工方法，其步骤是1确定钻探硐室位置与钻孔开孔位置；2计算隔水底板安全厚度；3依据注浆改造技术方案和隔水安全厚度设计主钻孔及分叉钻孔；4设计非线性顺层钻孔参数，参数包括钻孔长度、分叉及弧度；5安装孔口管，并进行试压；5按照由外侧向内侧的顺序进行钻探施工；6奥灰顶部含水层中所。
5、有注浆作业采用前进式注浆，对单个钻孔钻探注浆全部完成后进行下一钻孔施工；7使用千米定向钻机对注浆效果进行检查，并根据需要进行补充注浆。8如权利要求7所述的施工方法，其特征是钻孔布置形态是“一孔开孔、多孔分叉”。9如权利要求8所述的施工方法，其特征是，钻孔能够大角度相交穿透导水断层。权利要求书CN102877884A1/2页3一种基于千米定向钻探技术的矿井奥灰顶部改造及施工方法技术领域0001本发明涉及一种基于千米定向钻探技术的矿井奥灰顶部改造及施工方法，属于矿山井下等地下工程水害防治领域。背景技术0002目前在深部承压水上煤层开采中，有对奥灰之上的薄层含水层进行注浆改造的案例，但随着开采深度增。
6、大，水压不断增大，当开采层与奥陶纪巨厚灰岩含水层间的隔水层厚度小于安全厚度时，因奥灰岩溶发育难以实施疏水降压，目前尚无有效的安全开采方法；有采用充填法减少矿压破坏深度提高有效隔水层厚度的案例，但该方法仍需要预留隔水煤柱，造成大量资源浪费；传统的巷道或采区底板改造，开孔数量大，孔利用率低，技术工艺复杂，而且难以用于对高压奥灰含水层的大范围顺层区域治理。发明内容0003本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于千米定向钻探技术的矿井奥灰顶部改造方法，可以实现不占用掘进和开采工作面条件下实现对奥灰顶部的超前注浆改造，封堵奥灰顶部岩溶发育构造和隐伏断裂构造，增加底板力学强度，使得一定范围内的。
7、奥灰岩层由透水层变为阻水层，增加隔水底板厚度，达到煤矿防治水规定关于突水系数的要求，从而提高下组煤开采率。与此同时，大幅度减少钻孔开孔数量，缩短工期。0004为实现上述目的，本发明采用下述技术方案0005一种基于千米定向钻探技术的矿井奥灰顶部改造方法如图1和图2，包括1使用千米定向钻机实施底板注浆改造钻探，在底板中钻孔。2如图1所示钻孔是顺层非线性的，可根据实际工程需求设计。3如图1所示钻孔A、钻孔A1、钻孔A2、钻孔A3和A4，钻孔布置形态是“一孔开孔、多孔分叉”，开孔顺序是由改造区的外侧向内侧；4注浆过程采用前进式注浆。0006所述的钻孔是顺层非线性的，可根据实际工况对钻孔进行弧度及形态调。
8、整，如钻孔A1A4。0007所述的钻孔布置形态可以是多分叉的，每条分叉钻孔长度可以根据实际工况确定。如图2分叉钻孔的间距由注浆浆液扩散半径及实际工况确定。0008所述的前进式注浆为，在钻孔发生涌水后退钻，进行注浆。0009所述的钻孔布置方法是分序的图2，先施工一序钻孔，然后施工二序补充钻孔，二序补充钻孔起到注浆检查和补注的作用。两序钻孔施工顺序图2，1116，2125均为从改造区域的外侧向内侧在奥陶系灰岩中实施。0010所述的钻孔布置方法，应当使得钻孔能够大角度相交穿透断层等导水构造。0011本发明还公开一种基于千米定向钻探技术的矿井奥灰顶部改造施工方法，其步骤是说明书CN102877884A。
9、2/2页400121确定钻探硐室位置与钻孔开孔位置；00132依据煤矿防治水相关规定计算隔水底板安全厚度；00143依据注浆改造技术方案和隔水安全厚度设计主钻孔及分叉钻孔；00154设计非线性顺层钻孔参数，钻孔参数包括钻孔长度、分叉及弧度等；00165安装孔口管，并按照相应规范进行试压；00175按照由外侧向内侧的顺序进行钻探施工；00186奥灰顶部含水层中所有注浆作业采用前进式注浆，对单个钻孔钻探注浆全部完成后进行下一钻孔施工；00197使用千米定向钻机对注浆效果进行检查，并根据需要进行补充注浆。0020本发明中的前进式注浆为现有技术，相应技术指标可通过文献获得，在此不再赘述。0021本发明。
10、的有益效果是可以实现不占用掘进或开采工作面对奥灰顶部的注浆改造，封堵奥灰顶部岩溶发育构造和隐伏断裂构造，增加底板力学强度，从而使奥灰含水层转变为隔水层达到安全厚度，解决华北型煤田下组煤深部开采问题。附图说明0022图1为本发明所述技术体系的底板改造剖面示意图。0023图2为本发明所述技术体系的底板改造平面示意图。具体实施方式0024某煤矿为深井大水矿山，埋深超过700M，静水水压达到6MPA，其采区底板岩层图1分别为下组煤1、不透水的泥岩层2、奥陶系灰岩3。若要进行下组煤开采面临着阻水底板安全厚度不足问题。同时在采场区域内发育有两组导水断层导水断层9、10。为对奥陶系灰岩含水层及导水构造进行注。
11、浆改造，在保障煤矿安全生产的前提下，采用本发明的技术方案对采区底板超前改造，解放了矿产资源。实施过程如下00251如图2，依据工程技术要求在采区下山巷道中布设钻探硐室，向采场区域底板奥灰含水层打钻注浆。00262注浆采用水泥浆液，设计扩散半径1015M。分叉钻孔一序钻孔终孔1116间距设计为20M30M之间。设计施工钻孔如图2所示，钻孔与导水断层9和10应当满足大角度相交并穿透断层。00273在一序钻孔施工完成后，进行二序补充钻孔施工，作为一序钻孔的注浆检查孔和补注孔。00284两序钻孔的施工顺序均为从改造区的外侧向内侧进行，一序第1钻孔至第6钻孔1116；二序第1补充钻孔至第5补充钻孔。00295在每个钻孔钻探注浆全部完成后，进行下一钻孔施工。00306钻探注浆全部完成后，待浆液凝结硬化7D后，采用千米定向钻机依照相关规范进行注浆效果检查。00317钻孔检查过程中，单孔涌水量满足煤矿防治水相关技术规范，注浆改造达到预期目标。说明书CN102877884A1/1页5图1图2说明书附图CN102877884A。