CN105888607A - 一种地面钻探和注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种地面钻探和注浆方法，包括：勘探目标地质体的岩层及水文地质情况，获得工作面的含水层及裂隙层的构造数据，并设置钻孔的工作参数；根据所述钻孔的工作参数，设置钻探通道的工作参数，并进行钻孔作业；根据所述钻探通道的工作参数，铺设注浆管路，将所述注浆管路与所述钻探通道相连通，向所述钻孔内注入浆体，并封闭固管。本申请达到了如下效果：(1)通过主孔及水平分支孔，查明工作面大煤底板隐伏导水构造及奥陶系灰岩顶部裂隙发育情况，封堵岩溶裂隙，为工作面安全生产创造条件；(2)增加了隔水层厚度、增强煤层底板隔水岩层的完整性及阻隔水性能；(3)加强了孔斜监测效果，减少钻孔误差，使钻探注浆效果大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及含水层注浆改造技术领域，具体地说，是涉及一种地面钻探和注浆方法。
背景技术
随着近年来煤田开采深度的增加，矿山压力、奥灰含水层的水压也在显著增加，奥灰突水系数已超过临界值，其威胁愈来愈大，目前，“五灰以治为主，奥灰以防为主”的防治水指导思想已不能够满足矿区深部安全生产的需要，必须对奥灰含水层进行主动治理，保证受奥灰水威胁的工作面安全开采，提高资源枯竭矿井的产量，延长矿井服务年限。
因此，如何研发一种地面钻探和注浆方法，便成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请解决的主要问题是提供一种地面钻探和注浆方法，以解决无法实现的隔水性能强、钻探注浆效果好、安全性高的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种地面钻探和注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
勘探目标地质体的岩层及水文地质情况，获得工作面的含水层及裂隙层的构造数据，并设置钻孔的工作参数；
根据所述钻孔的工作参数，设置钻探通道的工作参数，铺设钻探通道，进行钻孔作业；
根据所述钻探通道的工作参数，铺设注浆管路，将所述注浆管路与所述钻探通道相连通，向所述钻孔内注入浆体，并封闭固管。
进一步地，还包括以下步骤：
封闭固管后，扫孔到原孔深做止水观测，将孔内灌满清水，连续观测第一时间，当水位下降值超过预设值时，则重新封闭固管；当水位下降值不超过预设值时，则结束注浆或进行下一阶段的钻孔。
进一步地，所述铺设钻探通道，包括以下步骤：
建设地面钻场，用于提供钻探和注浆的工作参数；
根据钻孔的工作参数设置地面开孔坐标及井下终孔坐标；
根据开孔坐标及终孔坐标设置钻孔路径和钻孔结构，并从地面开孔，向所述终孔进行钻孔。
进一步地，所述钻孔过程中还包括孔斜监测，所述孔斜监测设置为每钻进一定距离测斜一次。
进一步地，所述铺设注浆管路，包括以下步骤：
建设地面注浆站，并从注浆站向所述钻孔铺设注浆管路，用于向所述钻孔进行注浆，通过注浆改造含水层的富水性。
进一步地，所述注浆包括以下步骤：
测定钻孔水位，获得岩层裂隙及掉钻参数；
根据岩层裂隙及掉钻参数做注前压水试验，向孔内注清水第二时间，获得清水漏失量数据；
根据漏失量数据确定注浆材料及浆液配比，进行先稀后稠式注浆。
进一步地，所述注浆的结束标准为：孔口压力达到13-15MPa，注浆吸浆量为30～60L/min，维持15-60分钟。
进一步地，所述注浆材料包括水泥和/或粉煤灰。
进一步地，所述浆液配比设置为：浆液水灰配比3：1～1：1。
进一步地，所述注浆站包括：水泥罐，螺旋推进器，射流搅拌机，二次搅拌机，注浆泵，和/或储水设备。
与现有技术相比，本申请所述的一种地面钻探和注浆方法，达到了如下效果：
(1)通过设置于施工地面的主孔及设置于奥灰含水层的水平分支孔，查明工作面大煤底板隐伏导水构造及奥陶系灰岩顶部裂隙发育情况，并对奥灰含水层进行注浆改造，封堵岩溶裂隙，为工作面安全生产创造条件；
(2)增加了隔水层厚度、增强煤层底板隔水岩层的完整性及阻隔水性能；
(3)加强了孔斜监测效果，减少钻孔误差，使钻探注浆效果大幅提高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例所述的地面钻探和注浆方法的流程图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。
实施例1
本实施例提供一种地面钻探和注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
勘探目标地质体的岩层及水文地质情况，获得工作面的含水层及裂隙层的构造数据，并设置钻孔的工作参数；
根据所述钻孔的工作参数，设置钻探通道的工作参数，铺设钻探通道，进行钻孔作业；
根据所述钻探通道的工作参数，铺设注浆管路，将所述注浆管路与所述钻探通道相连通，向所述钻孔内注入浆体，并封闭固管。
优选地，还包括以下步骤：
封闭固管后，扫孔到原孔深做止水观测，将孔内灌满清水，连续观测第一时间，当水位下降值超过预设值时，则重新封闭固管；当水位下降值不超过预设值时，则结束注浆或进行下一阶段的钻孔。
优选地，所述铺设钻探通道，包括以下步骤：
建设地面钻场，用于提供钻探和注浆的工作参数；
根据钻孔的工作参数设置地面开孔坐标及井下终孔坐标；
根据开孔坐标及终孔坐标设置钻孔路径和钻孔结构，并从地面开孔，向所述终孔进行钻孔。
优选地，所述钻孔过程中还包括孔斜监测，所述孔斜监测设置为每钻进一定距离测斜一次。
优选地，所述铺设注浆管路，包括以下步骤：
建设地面注浆站，并从注浆站向所述钻孔铺设注浆管路，用于向所述钻孔进行注浆，通过注浆改造含水层的富水性。
优选地，所述注浆包括以下步骤：
测定钻孔水位，获得岩层裂隙及掉钻参数；
根据岩层裂隙及掉钻参数做注前压水试验，向孔内注清水第二时间，获得清水漏失量数据；
根据漏失量数据确定注浆材料及浆液配比，进行先稀后稠式注浆。
优选地，所述注浆的结束标准为：孔口压力达到13-15MPa，注浆吸浆量为30～60L/min，维持15-60分钟。
优选地，所述注浆材料包括水泥和/或粉煤灰。
优选地，所述浆液配比设置为：浆液水灰配比3：1～1：1。
优选地，所述注浆站包括：水泥罐，螺旋推进器，射流搅拌机，二次搅拌机，注浆泵，和/或储水设备。
实施例2
本实施例提供一种地面钻探和注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
勘探目标地质体的岩层及水文地质情况，获得工作面的含水层及裂隙层的构造数据，并设置钻孔的工作参数；具体地，所述工作面的含水层及裂隙层的构造数据包括但不限于：深度、厚度、漏失量等数据；所述钻孔的工作参数包括但不限于：钻孔的位置参数、深度参数、数量参数、孔间隔参数等，在实际应用中，所述钻孔包括主孔、分支孔，和终孔；所述含水层，包括但不限于：奥陶系灰岩含水层，石炭系太原组大青、小青、伏青、山青、野青灰岩含水层，二叠系山西组砂岩含水层、石盒子组砂岩含水层，石千峰组砂岩含水层，第三系、第四系含水层，其中对采煤威胁较大的含水层有：奥灰含水层，大青灰岩含水层，山伏青灰岩含水层。本实施例中，优选所述目标地质体的岩层及水文地质情况包括：工作面煤层底板导水裂隙及奥灰含水层岩溶裂隙发育情况。
根据所述钻孔的工作参数，设置钻探通道的工作参数，铺设钻探通道，进行钻孔作业；具体地，所述钻探通道的工作参数包括钻探通道的位置参数、数量参数、路径参数、孔径参数、深度参数、套管参数等，以上各项参数可根据实际情况进行设置，在此不再累述。
根据所述钻探通道的工作参数，铺设注浆管路，将所述注浆管路与所述钻探通道相连通，向所述钻孔内注入浆体，并封闭固管。
优选地，还包括以下步骤：
封闭固管后，扫孔到原孔深做止水观测，将孔内灌满清水，连续观测第一时间，当水位下降值超过预设值时，则重新封闭固管；当水位下降值不超过预设值时，则结束注浆或进行下一阶段的钻孔。具体地，所述第一时间为连续观测孔内清水下降的时间，其可以根据岩层情况进行设置，例如，连续观测3小时、4小时、5小时，或其他时间，在此不再累述；所述预设值为根据岩层情况及水文地质情况设置的水位下降规范值，即当水位下降值超过规范值时，则需重新封闭固管，直至达到要求。
优选地，所述铺设钻探通道，包括以下步骤：
建设地面钻场，用于提供钻探和注浆的工作参数；
根据钻孔的工作参数设置地面开孔坐标及井下终孔坐标；
根据开孔坐标及终孔坐标设置钻孔路径和钻孔结构，并从地面开孔，向所述终孔进行钻孔；具体地，所述钻孔结构包括孔径、孔深、管套和/或孔间距；所述钻孔路径包括：直孔钻进、斜孔钻进、水平孔钻进，和/或顺层钻进。所述钻孔包括主孔外，还包括分支孔，在实际应用中，例如：通过设置于施工地面的主孔及设置于奥灰含水层的水平分支孔，查明工作面大煤底板隐伏导水构造及奥陶系灰岩顶部裂隙发育情况，并对奥灰含水层进行注浆改造，封堵岩溶裂隙，为八采区工作面安全生产创造条件。所述主孔和分支孔的孔径、孔深、管套和/或孔间距可根据实际情况进行设置。
优选地，所述钻孔过程中还包括孔斜监测，所述孔斜监测设置为每钻进一定距离测斜一次。具体地，发现超偏时及时采取有效措施进行纠偏，主孔施工下套管前必须***测量孔斜和物性曲线。所述一定距离为10m-50m，在实际操作中，需对钻孔过程加强孔斜监测，如：每钻进10m测斜一次，或每钻进50m测斜一次，当然，本实施例所述的孔斜监测不仅限于此，在此不再累述。
优选地，所述铺设注浆管路，包括以下步骤：
建设地面注浆站，并从注浆站向所述钻孔铺设注浆管路，用于向所述钻孔进行注浆，通过注浆改造含水层的富水性。具体地，在地面建造一个临时注浆站，通过注浆泵及注浆管路向注浆孔内注浆，其造浆设备及制作可选用半自动散装水泥***。主要配套设备有散装水泥罐、螺旋推进器、射流搅拌机、注浆泵和输浆管路等配套设施及工具，保证正常顺利注浆。
优选地，所述注浆包括以下步骤：
测定钻孔水位，获得岩层裂隙及掉钻参数；
根据岩层裂隙及掉钻参数做注前压水试验，向孔内注清水第二时间，获得清水漏失量数据；具体地，所述第二时间为根据岩层裂隙及掉钻参数向孔内注清水所持续的时间，其可以为0.2-6小时，如0.2小时、3小时、4小时、6小时，或其他时间，注水完成后，观察并得到清水漏失量数据。
根据漏失量数据确定注浆材料及浆液配比，进行先稀后稠式注浆。具体地，注浆过程中采用的浆液配比为先稀后稠，其可根据实际情况进行调整，确保注浆的连续性。
优选地，所述注浆的结束标准为：孔口压力达到13-15MPa，注浆吸浆量为30～60L/min，维持15-60分钟。实际应用中，一般注浆吸浆量小于35L/min，孔口压力达14MPa，稳定时间30分钟以上方可结束注浆，否则复注，当然，本实施例所述的注浆的结束标准为不仅限于以上所述，本领域技术人员可根据实际情况进行设置，在此不再累述。
优选地，所述注浆材料包括水泥和/或粉煤灰。具体地，所述水泥包括但不限于：普通硅酸盐PO32.5水泥或R325矿渣硅酸水泥，所述粉煤灰为2级以上(国家标准45微米(325目)的网筛要求余量不高于25％)。若注浆中吃浆量大，可使用粉煤灰作为辅助注浆材料，和水泥混合搅拌后注入孔内。
优选地，所述浆液配比设置为：浆液水灰配比为3：1～1：1。具体地，浆液浓度视岩溶裂隙发育程度而定，原则上要先稀后稠，先以3:1的水灰比配比，可注性好，孔口或管路有吸风声、注浆不起压时，依次调整水灰比为2:1、1:1，当然，本实施例所述的浆液配比情况不仅限于以上所述，本领域技术人员可根据实际情况进行配置，在此不再累述。
优选地，所述注浆站包括：水泥罐，螺旋推进器，射流搅拌机，二次搅拌机，注浆泵，和/或储水设备。具体地，注浆站主要设备有：
水泥罐：容量为60-80t水泥罐，底部设有调节阀门，控制灰量大小。
螺旋推进器：配用调速电机，可调节转速改变输灰量大小，其作用是把放灰罐放出的水泥送至射流搅拌机造浆。
射流搅拌机：水泥与高速水流混合造浆设备。
二次搅拌机：容积为6-10m3二次搅拌池配套电动搅拌机，其作用是将射流搅拌机造出的水泥浆搅拌均匀。
注浆泵：配备多台泥浆泵，其中一台为射流，一台为注浆，其余备用；泥浆泵有四个档次泵量可供调节。
储水设备，包括：水池，给水潜水泵，给水管路等。
在实际应用中，可根据勘探目标地质体的岩层及水文地质情况，设置钻孔的工作参数，例如：在根据目标工作面的地质情况，采用水平定向钻进技术在煤层底板奥灰含水层8段底部及7段上部(以实际进入奥灰含水层35米左右为准)钻进，查找岩溶裂隙并进行注浆封堵加固，以实现相应增加隔水层厚度、增强煤层底板隔水岩层的完整性及阻隔水性能。当然，本实施例所述的一种地面钻探和注浆方法不仅限于以上所述，本领域技术人员可根据实际情况进行设置，在此不再累述。
与现有技术相比，本申请所述的一种地面钻探和注浆方法，达到了如下效果：
(1)通过设置于施工地面的主孔及设置于奥灰含水层的水平分支孔，查明工作面大煤底板隐伏导水构造及奥陶系灰岩顶部裂隙发育情况，并对奥灰含水层进行注浆改造，封堵岩溶裂隙，为工作面安全生产创造条件；
(2)增加了隔水层厚度、增强煤层底板隔水岩层的完整性及阻隔水性能；
(3)加强了孔斜监测效果，减少钻孔误差，使钻探注浆效果大幅提高。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种地面钻探和注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
勘探目标地质体的岩层及水文地质情况，获得工作面的含水层及裂隙层的构造数据，并设置钻孔的工作参数；
根据所述钻孔的工作参数，设置钻探通道的工作参数，铺设钻探通道，进行钻孔作业；
根据所述钻探通道的工作参数，铺设注浆管路，将所述注浆管路与所述钻探通道相连通，向所述钻孔内注入浆体，并封闭固管。
2.根据权利要求1所述的地面钻探和注浆方法，其特征在于，还包括以下步骤：
封闭固管后，扫孔到原孔深做止水观测，将孔内灌满清水，连续观测第一时间，当水位下降值超过预设值时，则重新封闭固管；当水位下降值不超过预设值时，则结束注浆或进行下一阶段的钻孔。
3.根据权利要求1所述的地面钻探和注浆方法，其特征在于，所述铺设钻探通道，包括以下步骤：
建设地面钻场，用于提供钻探和注浆的工作参数；
根据钻孔的工作参数设置地面开孔坐标及井下终孔坐标；
根据开孔坐标及终孔坐标设置钻孔路径和钻孔结构，并从地面开孔，向所述终孔进行钻孔。
4.根据权利要求3所述的地面钻探和注浆方法，其特征在于，所述钻孔过程中还包括孔斜监测，所述孔斜监测设置为每钻进一定距离测斜一次。
5.根据权利要求1所述的地面钻探和注浆方法，其特征在于，所述铺设注浆管路，包括以下步骤：
建设地面注浆站，并从注浆站向所述钻孔铺设注浆管路，用于向所述钻孔进行注浆，通过注浆改造含水层的富水性。
6.根据权利要求5所述的地面钻探和注浆方法，其特征在于，所述注浆包括以下步骤：
测定钻孔水位，获得岩层裂隙及掉钻参数；
根据岩层裂隙及掉钻参数做注前压水试验，向孔内注清水第二时间，获得清水漏失量数据；
根据漏失量数据确定注浆材料及浆液配比，进行先稀后稠式注浆。
7.根据权利要求6所述的地面钻探和注浆方法，其特征在于，所述注浆的结束标准为：孔口压力达到13-15MPa，注浆吸浆量为30～60L/min，维持15-60分钟。
8.根据权利要求6所述的地面钻探和注浆方法，其特征在于，所述注浆材料包括水泥和/或粉煤灰。
9.根据权利要求6所述的地面钻探和注浆方法，其特征在于，所述浆液配比设置为：浆液水灰配比3：1～1：1。
10.根据权利要求5所述的地面钻探和注浆方法，其特征在于，所述注浆站包括：水泥罐，螺旋推进器，射流搅拌机，二次搅拌机，注浆泵，和/或储水设备。
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