一种注浆改造厚松散含水层富水特性的钻孔的制作方法

本实用新型矿井防治水技术领域，具体涉及一种注浆改造厚松散含水层富水特性的钻孔。

背景技术：

厚松散含水层下，薄基岩浅部煤层由于距新地层底部含水层近，受沉积水环境和风化损伤的共同影响，煤层顶板岩层裂隙发育，岩体孔隙率高和强度衰减速度快，顶板自稳性能与承载能力差、难以管理且开采以后，垮落带和导水裂隙带会波及到底部弱至中等含水层，容易发生突水溃砂事故，危及矿井安全生产。因而，国家在制定煤矿开采技术规范与安全规程时，一直将其列为开采的禁区，薄基岩浅部煤层内煤炭储量多被列为防水煤柱或表外储量。造成大量的煤炭资源浪费，也严重影响与制约着企企业经济效益的提高，据统计仅两淮新区就有约16亿吨煤炭资源被列为防水煤柱或表外储量。因此，本专利对含水层进行注浆改造，变含水层为隔水层，对实现上述煤炭资源的安全高效开采具有重要推广应用价值。

目前在进行煤炭开采时，厚松散含水层下，受沉积水环境和风化损伤的共同影响，煤层顶板岩层裂隙发育，岩体孔隙率高和强度衰减速度快，顶板自稳性能与承载能力差、难以管理且开采以后，垮落带和导水裂隙带会波及到底部弱至中等含水层，容易发生突水溃砂事故，危及矿井安全生产，煤层上方存在厚松散含水层时，厚松散含水层稳固性较低，影响下部的煤层的开采，含水层下煤层无法直接开采。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种注浆改造厚松散含水层富水特性的钻孔，以解决利用现有方法进行煤矿开采时，当煤层上方存在厚松散含水层时，厚松散含水层稳固性较低，影响下部的煤层的开采，含水层下煤层无法直接开采的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种注浆改造厚松散含水层富水特性的钻孔，包括最小矩形区域，其特征在于：所述最小矩形区域内每隔40米布置注浆孔，四个所述注浆孔正中心位置设置有监测孔，所述注浆孔延伸至含水层底界面以下20米，所述注浆孔内测送安装有套管和花管，所述套管和花管内侧填充有泥浆注浆。

优选的，所述套管的内径为127mm，花管的内径为108mm。

优选的，所述套管的顶端延伸至地面上1.5米，所述套管的底端延伸至隔水层的底端，

优选的，所述花管的顶端与套管的底端连接，所述花管的底端延伸至含水层底界面以下20米。

优选的，所述套管和花管通过变径连接。

优选的，所述注浆孔内注浆的终压为含水层静水压力的2-3倍。

优选的，所述注浆孔和监测孔的施工过程中每钻孔30～50m测斜一次。

优选的，所述最小矩形区域为确定可覆盖不规则开采区域的最小面积的矩形区域。

优选的，所述监测孔的内侧每隔20米～50米处设置有土壤含水量检测仪。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过探测煤矿位置区域，确定煤矿的开采区域，确定可覆盖不规则开采区域的最小矩形区域，在最小矩形区域内每隔40米布置注浆孔，注浆孔通过自下而上的注浆方式从含水层底部开始注浆至含水层顶部，在四个注浆孔正中心位置布置监测孔，在注浆完成后对注浆结果进行含水层变性效果验证，可以改变含水层的富水特性，从而减轻承压含水层对煤层采动的不利影响，避免了利用现有方法进行煤矿开采时，当煤层上方存在厚松散含水层时，厚松散含水层稳固性较低，影响下部的煤层的开采，含水层下煤层无法直接开采的问题。

附图说明

图1为本实用新型的注浆孔俯视图；

图2为本实用新型的剖视图；

图3为本实用新型的注浆孔剖视图。

图中：1-注浆孔，2-监测孔，3-最小矩形区域，4-隔水层，5-含水层，6-煤层，7-地表，8-花管，9-套管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3所示，本实用新型提供如下技术方案：一种注浆改造厚松散含水层富水特性的钻孔，包括最小矩形区域3，其特征在于：最小矩形区域3内每隔40米布置注浆孔1，四个注浆孔1正中心位置设置有监测孔2，注浆孔1延伸至含水层5底界面以下20米，注浆孔1内测送安装有套管9和花管8，套管9和花管8内侧填充有泥浆注浆。

套管9的内径为127mm，花管8的内径为108mm。

套管9的顶端延伸至地面上1.5米，套管9的底端延伸至隔水层4的底端，

花管8的顶端与套管9的底端连接，花管8的底端延伸至含水层5底界面以下20米。

套管9和花管8通过变径连接。

注浆孔1内注浆的终压为含水层5静水压力的2-3倍。

注浆孔1和监测孔2的施工过程中每钻孔30～50m测斜一次。

最小矩形区域3为确定可覆盖不规则开采区域的最小面积的矩形区域。

监测孔2的内侧每隔20米～50米处设置有土壤含水量检测仪。

一种注浆改造厚松散含水层富水特性的钻孔的施工，包括以下步骤：

步骤一：探测煤矿位置区域，确定煤矿的开采区域；

步骤二：确定可覆盖不规则开采区域的最小矩形区域；

步骤三：在最小矩形区域内每隔40米布置注浆孔1；

步骤四：注浆孔1通过自下而上的注浆方式从含水层5底部开始注浆至含水层5顶部；

步骤五：在四个注浆孔1正中心位置布置监测孔2，在注浆完成后对注浆结果进行含水层变性效果验证；

步骤六：在注浆孔1位置使用钻机钻孔至含水层底界面以下20米。

为了便于注浆孔和隔水层的分隔，所述注浆孔1用φ168mm扩孔器扩至隔水层4底部，在其内侧安装内径为127mm的套管9至隔水层4的底部。

为了便于注浆孔和含水层的分隔，所述注浆孔1内侧套管9下方通过φ146mm扩孔器扩至孔底，在其内部设置内径为108mm的花管8。

为了便于套管和花管的连接，所述套管9和花管8通过变径连接

所述步骤三中使用的注浆通过以下方式配置：

步骤一：将粉煤灰24～35重量份、粘土10～15重量份、氧化铝细粉5～9重量份、高铝矾土粉20～25重量份、石英砂粉末15～25重量份、白刚玉粉末20～40重量份，铁矿粉15～20重量份按比例磨细混合；

步骤二：将混合的粉料进行煅烧，煅烧温度为1425℃～1475℃度；

步骤三：步骤二煅烧后的物料中加入石膏一起研磨，在加入石膏后的物料中加入水搅拌为糊状，然后加入适量的引气剂，得浆液。

为了便于注浆孔的注浆，所述步骤四中进行注浆时，注浆的终压为含水层5静水压力的2-3倍。

为了便于注浆孔和监测孔垂直设置，所述注浆孔1和监测孔2的施工过程中每钻孔30～50m测斜一次，孔口高出地表71.5米。

本实用新型的工作原理及使用流程：包括注浆孔和监测孔的布置方法以及钻机、高压注浆泵、注浆泵站、注浆料、套管、花管、扩孔器、配套钻具。通过钻机开设注浆孔1和监测孔2，注浆孔注浆扩散半径约为20米，所以在开采区域每隔40米布置注浆孔，并且在四个注浆孔正中心位置布置监测孔2，注浆材料可使用粉煤灰、水泥、粘土的混合材料，也可按照上述方法进行配制，注浆孔和监测孔布置图如图2所示，在注浆孔位置使用钻机钻孔至含水层底界面以下20米，用φ168mm扩孔器扩至隔水层4底部，φ146mm扩孔器扩至孔底，下入φ127mm套管至隔水层4底，含水层5层位下入φ108mm花管，套管和花管通过变径连接，施工过程中每钻孔30～50m测斜一次，孔口高出地表1.5米，高压注浆泵连接注浆泵站将注浆料泵入含水层，从含水层底部自下而上进行注浆，注浆终压为承压含水层静水压力的2-3倍，注浆完成后，使用钻机在监测孔位置钻孔验证注浆是否改变了含水层的富水特性

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。