一种覆岩隔离注浆充填层位探测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种覆岩隔离注浆充填层位探测方法，尤其适用于煤矿采动覆岩隔离注浆充填开采建筑物下压煤的注浆充填层位探测方。
【背景技术】
[0002]近年来，煤矿覆岩隔离注浆充填技术在建筑物下不迀村采煤中发挥了十分积极的作用，保障了煤矿企业(尤其是衰老矿井)正常的采掘接替与服务年限，保护了建筑物安全。此外，这一技术也在构筑物下、铁路下采煤中得到了成功应用，并取得了显著成效。这一技术涉及从采煤工作面上方的地表施工多组垂直向煤层方向的注浆钻孔，在回采过程中利用钻孔对采动形成的覆岩离层区实施高压注浆充填，从而限制上覆岩层变形、有效控制地表沉陷。专利ZL201210164929.9进一步公开了一种采动覆岩分区隔离注浆充填采煤方法，能够实现煤矿充分采动条件下的不迀村采煤，在解决煤炭工业建筑物下压煤开采中具有极大潜力。
[0003]在覆岩隔离注浆充填技术的应用过程中，准确而合理地确定钻孔所在位置的覆岩注浆充填层位是注采比设计、地表沉陷控制效果评估的基础，也是工程顺利实施、地表沉陷有效控制的关键。由于不同注浆充填层位能够实现的注采比差别极大，因此，只有精确确定覆岩注浆充填层位，才能有效预计可以实现的注采比。同时，覆岩注浆充填层位也极大地影响着地表沉陷预计与评估，只有精确地定位出覆岩注浆充填层位才能够根据已有技术中的下沉模型准确地预计出最终地表沉陷。此外，在工程实践中，当覆岩注浆充填层位确定合理时，能够保证钻孔持续进行大流量注浆充填，从而达到预期注采比；而覆岩注浆充填层位确定不合理，则可能导致钻孔注浆充填失败，即钻孔不能有效捕捉可充填离层区。确定覆岩注浆充填层位的方法即是对其进行探测。因而，形成覆岩注浆充填层位探测方法十分必要，它能够为注浆充填工程可行性评估、所需注采比计算、所需充填粉煤灰量计算、地表沉陷预计与沉陷控制效果评估等提供依据。
[0004]已有技术较多地围绕了覆岩注浆充填层位设计展开，且设计方法主要借鉴了“鸟枪法”，即将注浆钻孔穿过整个覆岩内可能发生离层的区域，并在该区域内实施注浆充填。这种方法在有效捕捉覆岩可注浆充填层位方面可能不存在问题，但它无法帮助工程技术人员精确地确定实际覆岩注浆充填层位在哪个位置，如专利ZL201210164930.1公开了一种采动覆岩隔离注浆充填的双孔错层钻孔布置方法，具体涉及了注浆钻孔深度距煤层顶板的高度，而没有公开准确的覆岩注浆充填层位以及覆岩注浆充填层位探测方法。在注浆充填工程中，这类“鸟枪法”注浆充填层位设计方法无法解决如下问题:宄竟钻孔注浆充填到了I个位置还是多个位置、这些位置的间距多大、与煤层间距如何。这些问题一直以来都令工程技术人员十分困惑，尤其是覆岩注浆充填层属于多层位充填还是单一层位充填。另一方面，传统的注浆充填层位探测技术与方法主要是在注浆充填结束后施工专门的探测钻孔，通过探测钻孔取芯等手段确定实际的注浆充填层位。这类方法需要施工专门钻孔，因而成本极为高昂，动辄达到数十万元；且耗费时间较多，动辄达到几个月；更为严重地是，这种方法属于一种事后探测，它不利于在注浆充填工程中动态掌控充填层位并对钻孔布置等参数做出调整。综上，形成一种有效、成本低、耗时少的覆岩注浆充填层位探测方法十分必要，特别是在覆岩注浆充填工程中利用注浆钻孔进行注浆充填层位进行探测的方法，它将极大地推动覆岩注浆充填技术中充填层位设计、注采比设计，并最终有利于提高覆岩注浆充填效果，从而更加安全而有效地实现不迀村采煤。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明的目的是克服已有技术不足之处，提供一种成本低、耗时少、可靠性强、利用注浆钻孔进行覆岩注浆充填层位探测的覆岩隔离注浆充填层位探测方法。
[0006]技术方案:本发明的覆岩隔离注浆充填层位探测方法，包括如下步骤:
(1)选择采煤工作面上方除第一个注浆钻孔以外的任一个注浆钻孔作为注浆充填层位探测注浆钻孔，在探测注浆钻孔与采煤工作面切眼之间选择距离探测注浆钻孔最近的一个钻孔作为辅测注浆钻孔；
(2)在采煤工作面上方的地表施工垂直向下的探测注浆钻孔和辅测注浆钻孔，并在孔口段安装套管；其中探测注浆钻孔内的套管顶端高出地表，在套管外露段上开孔焊接一根水平测液管，并在水平测液管上安装有阀门；
(3)在采煤工作面开采以及辅测注浆钻孔对覆岩实施注浆充填过程中，打开套管上水平测液管的阀门，利用水平测液管定期观察探测注浆钻孔孔口是否有浆液流出；
(4)当通过水平测液管观察到探测注浆钻孔孔口有浆液流出，且稳流4h后，从探测注浆钻孔的孔口匀速送入头部固定有胶塞的钻杆和水管，利用胶塞的堵孔阻隔作用，使胶塞与探测注浆钻孔孔底之间的浆液只能从水管中排出；
(5)当胶塞下放至探测注浆钻孔套管段下部的裸孔段顶端时，开始记录胶塞下放的深度，并同步观测水管出口浆液的流量，每下放Im记录I次，当观测到水管出口浆液的一组流量数据较上一组数据降低时，表明在2组观测数据对应的Im区间内存在I个注浆充填层位，照此方法一直将胶塞下放至探测注浆钻孔孔底，即可探测出该区域有几个充填层位；
(6)探测结束后，将钻杆连同水管和胶塞从探测注浆钻孔孔底提至地表，当采煤工作面开采至临近探测注浆钻孔位置时，从探测注浆钻孔对其覆盖区域内的采动覆岩实施注浆充填。
[0007]所述探测注浆钻孔与辅测注浆钻孔沿采煤工作面开采方向的间距为30?200m。
[0008]所述胶塞的长度为0.3?1.0m，直径等于探测注浆钻孔裸孔段直径，形状为圆柱形，其顶、底部为圆台状，中部由两端带有螺纹的过渡轴穿过，过渡轴与胶塞通过设在两端的垫片、螺母以螺纹连接在一起。
[0009]所述的垫片直径小于探测注浆钻孔裸孔直径。
[0010]所述的水管头部穿过胶塞前部0.2m，在下放过程中与钻杆捆绑。
[0011]有益效果:由于采用了上述技术方案，本发明利用注浆钻孔探测覆岩注浆充填层位，不影响钻孔后续注浆充填及地表沉陷控制效果，弥补了传统注浆层位探测需要在工作面开采后单独施工探测钻孔这一不足，能够节省大量的探测成本与探测时间。这一探测方法的有益效果还在于，在注浆充填工程中，可以利用探测出的注浆充填层位，及时预计出所在层位的注采比及地表沉陷控制情况，也可以根据探测结果及时对后续注浆钻孔的注浆充填段进行适当调整，从而提高注浆充填工程的地表沉陷控制效果，有效保护地面建筑物安全。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的探测注浆钻孔与辅测注浆钻孔平面布置示意图；
图2是本发明的覆岩隔离注浆充填层位探测过程示意图。
[0013]图中:1 一切眼；2 —辅测注浆钻孔；3 —探测注浆钻孔；4 一第一个注浆钻孔；5 —采煤工作面；6 —地表；7 —阀门；8 —水平测液管；9 —套管；10 —钻杆；11 —水管；12 —垫片；13 —过渡轴；14 —胶塞；15 —注浆充填层