[发明专利]一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法

说明书

本发明涉及急倾斜采空区钻探治理技术领域，尤其是一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法包括如下步骤：S1：根据急倾斜多煤层采空区的充填治理要求，选择合适的钻探设备；S2：钻探施工前，做好钻孔冲洗液漏失应急预案；S3：通过顺煤层倾向定向钻孔在边界构建注浆帷幕；S4：地表垂直钻孔并通过钻孔注浆步骤实现浅部采空区治理；S5：沿煤层法向定向钻孔并通过钻孔注浆步骤完成深部采空区治理；S6：沿煤层走向近水平钻孔对注浆治理效果进行检测和补强。本发明的组合式钻探成孔工艺能够确保注浆钻孔安全、高效成孔，充分保障注浆效果；尤其对于急倾斜多煤层采空区，矿井内存在较多联系复杂的顺槽巷道，采用组合钻探工艺，显著提高注浆充填质量。

技术领域

本发明涉及急倾斜采空区钻探治理技术领域，特别涉及一种针对急倾斜破碎煤层采空区可实现快速、安全、高效地进行钻探施工方法，尤其是一种用于急倾斜多煤层采空区充填的组合钻探方法。

背景技术

倾角在8°以下的煤层为近水平煤层，倾角在8°-25°之间的煤层为缓倾斜煤层，倾角在25°-45°之间的煤层为倾斜煤层，倾角在45°以上的为急倾斜煤层。现有技术中针对近水平煤层、缓倾斜煤层等煤层的采空区钻探开采的技术已经相对成熟，且存在一定数量的现有技术方案。

目前也存在一些急倾斜地层进行钻探的公开技术，例如：在专利申请号为CN201010152658.6的专利文献中就公开了一种在急倾斜地层中进行定向斜孔钻探的方法的专利技术。但是，其主要是针对普通的急倾斜地层的岩芯钻探施工环境进行定向斜孔钻探的工艺改进，而非对已经经过采煤后并形成采空区的急倾斜煤层采空区破碎地层特殊环境。

现有技术中针对采煤后并形成采空区的急倾斜煤层采空区破碎地层特殊环境的充填、钻探技术依然存在相对不足，究其原因主要是因为急倾斜煤层采空区破碎地层特殊环境存在施工隐患大、地质环境复杂、施工难度高等问题。

众所周知，目前国内已开采急倾斜煤层采空区多为近距离多煤层采空区。在开采急倾斜近距离煤层群时，开采下层煤时，导水裂隙带通常会发育至上层煤，导致开采期间上下煤层采空区贯通，影响上层煤开采；先开采上层煤时，不同于近水平煤层，急倾斜煤层采空区底板裂隙带很可能会发育至下层，影响下层煤开采。

急倾斜煤系地层采动裂隙发育，地表沉陷变形显著，常出现槽形塌陷；尤其在煤层露头区，通常发生抽冒塌陷现象，急倾斜近距离煤层群开采易形成较大范围的地表积水区。对地表建构筑物破坏较大，这也对采煤沉陷区注浆减沉提出了较高的要求，且大范围的积水区显著限制了钻孔布设形式和钻探施工工艺。

另外，现有技术中主要是采用传统的急倾斜煤层采空区钻探方法（即：传统垂直钻孔工艺），无论是国家标准规范还是工程建设实践，应用于急倾斜煤层采空区的传统垂直钻探工艺于近水平煤层采空区基本一致，无论是垂直注浆钻孔的布置方式，还是钻孔结构和钻进工艺参数均无明显变化；都是采用方格形或三角形均布形式布孔，二开钻孔结构。

这种施工工艺的工程量大，穿多层采空区成孔施工工艺复杂，且钻孔轨迹难以控制，成孔周期长，效率低；且单孔注浆充填辐射面积小、注浆效率低、常规垂直钻孔轨迹不可控、贯穿多煤层采空区地层成孔难度大、受限于地表大范围积水无法布孔。

另外，采用上述垂直钻探工艺，以方格形或三角形均匀布置注浆钻孔，这种钻孔工艺和方法还存在以下问题：

（1）在开采急斜煤层时，由于煤层倾角较大，岩石重力作用方向与岩石层理面方向所成的夹角变小，故使重力沿层理方向的作用力大大增加。这就使围岩移动、顶板冒落的形态，以及巷道变形特征等，产生了与开采缓斜煤层时不同的一系列特点。尤其是上覆岩层导水裂隙带发育形态的特殊性和采空区剩余空隙分布特征的不同，常规钻探工艺和钻孔布置形式缺乏针对性，注浆充填效率不高，存在注浆质量隐患的可能性较大。

（2）急倾斜煤层赋存状态的特殊性，一般经历过强烈的地质变动。地质构造较复杂，赋存不稳定。常规垂直钻孔成孔困难，钻孔轨迹控制难度大，成孔效率低。