一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构的制作方法

1.本实用新型属于煤矿井下防治水技术领域，具体涉及一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构。


背景技术：

2.渭北地区矿井大部分属于水文地质条件复杂、极复杂矿井，为防治煤层底板砂岩水、k2砂岩水以及下伏奥陶系灰岩水，以往矿井采用底板全面注浆加固改造方案进行底板水害防治，在两顺槽每100m对工作面煤层底板垂深20m范围进行底板注浆加固改造，以封堵含水层裂隙改造含水层为隔水层，增加底板隔水层有效厚度和完整性，增强阻水性能，从而保证承压开采安全。对工作面采宽增大至180m，在工作面运顺、回顺施工的底板注浆孔无法有效对工作面底板全面注浆改造，故在工作面中部增加施工注浆巷以确保底板的全面注浆加固改造，具体地说，就是在工作面两侧巷道适宜位置开设多个钻场，每个钻场施工多个煤层底板钻孔，终孔位置为目标层位，最后注浆加固封堵煤层底板含水层。但是这种钻孔为点状布置，钻孔数量多，每个钻孔长度一般为100m以内(包含进去目标层之前的无效进尺)，导致施工周期长、无效进尺多、注浆效果差、综合成本高、对生产干扰大且注浆巷施工工程量大、工期长、费用高，对矿井采掘工作接续造成一定影响。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构，具备有效注浆孔段长、对生产干扰小、注浆效率及效果较好的优势，为矿井生产工作面接替带来有利影响，同时减少了传统注浆施工必需的钻窝、工作面中间巷等配套工程量，较传统治理方案节省近一半的投资，且给矿井后续生产接替减少了不利影响因素。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
5.一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构，包括位于工作面一侧的施工巷道，所述施工巷道内靠近所述工作面的一侧设置有钻场，所述工作面下方的煤层底板内布设有若干注浆钻孔，所述煤层底板包括待注浆加固层，所述若干注浆钻孔间隔布置，每个所述注浆钻孔的一端均位于所述钻场，另一端位于所述待注浆加固层内且沿所述施工巷道的延伸方向延伸。
6.进一步地，所述煤层底板还包括位于所述待注浆加固层上的砂质泥岩层以及位于所述砂质泥岩层上的第一石英砂岩层，所述第一石英砂岩层位于所述工作面底部；每个所述注浆钻孔包括第一开孔段和第二开孔段，所述第一开孔段倾斜开设在所述第一石英砂岩层和所述砂质泥岩层中，所述第一开孔段的一端位于所述钻场，所述第一开孔段的另一端靠近所述待注浆加固层；所述第二开孔段的一端与所述第一开孔段的另一端连接，所述第二开孔段的另一端位于所述待注浆加固层内且沿所述施工巷道的延伸方向延伸。
7.进一步地，所述第一开孔段的孔径大于所述第二开孔段的孔径。
8.进一步地，所述待注浆加固层为第二石英砂岩层。
9.进一步地，相邻两个所述若干注浆钻孔之间的间隔为30m～60m。
10.进一步地，所述第二开孔段的另一端在距离所述工作面底部20m～25m范围内沿所述施工巷道的延伸方向延伸。
11.进一步地，所述钻场的长度不小于12m，深度不小于3m，高度不小于3.5m。
12.进一步地，所述施工巷道内靠近所述工作面的一侧间隔设置有多个钻场。
13.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
14.本实用新型提供的一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构，注浆钻孔轨迹能够覆盖整个工作面下方的煤层底板待注浆加固层，矿井在采掘过程中可对注浆巷不予施工，减少了巷道掘进量，在降低费用的同时避免注浆巷独头掘进的危险，井下钻场布置在掘进靠工作面一侧，可与掘进工作面平行作业，可以有效解决矿井采掘接替紧张的问题。本实用新型注浆钻孔沿工作面走向线状布置，且注浆钻孔控制精度高，有效减少无效进尺，提高治理效果，有效降低成本。综上，本实用新型具备有效注浆孔段长、对煤矿生产干扰小、注浆范围大、注浆效率高、注浆加固效果好等优势，杜绝了传统注浆施工需在工作面两侧巷道布设多个钻场，每个钻场需施工多个钻孔带来的注浆点控制精度低、施工周期长、无效进尺多、点状注浆效果不明显、综合成本高、对生产干扰大、注浆巷施工工程量大、工期长、费用高、对矿井采掘工作接续造成影响等问题，较传统治理方案节省近一半的投资，且给矿井后续生产接替减少了不利影响因素。
15.进一步地，每个注浆钻孔包括第一开孔段和第二开孔段，第一开孔段倾斜开设在第一石英砂岩层和砂质泥岩层中，第一开孔段的一端位于钻场，第一开孔段的另一端位于靠近待注浆加固层的上端面位置；第二开孔段的一端与第一开孔段的另一端连接，第二开孔段的另一端位于待注浆加固层内且沿施工巷道的延伸方向延伸，浆液通过第一开孔段和第二开孔段注入后，在第二开孔段所在的注浆加固层内向四周扩散，实现对工作面下方的煤层底板加固封闭的目的。
16.进一步地，第一开孔段的孔径大于第二开孔段的孔径，便于注浆作业操作。
17.进一步地，相邻两个若干注浆钻孔之间的间隔为30m～60m，浆液在该范围内扩散效果好，进而使得注浆加固效果好。
18.进一步地，第二开孔段的另一端在距离工作面底部20m～25m范围内沿施工巷道的延伸方向延伸，在该范围注浆加固封闭效果更好。
19.进一步地，施工巷道内靠近所述工作面的一侧间隔设置有多个钻场，确保所有钻孔在水平方向上首尾连接，钻孔注完浆待浆液扩散后在工作面内满覆盖。
20.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构立体示意图；
23.图2为本实用新型一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构侧视示意图；
24.图3为本实用新型一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构俯视示意图；
25.图4为本实用新型一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构注浆钻孔示意图。
26.图中：1-工作面；2-施工巷道；3-钻场；4-煤层底板；401-待注浆加固层；5-注浆钻孔；501-第一开孔段；502-第二开孔段。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
28.作为本实用新型的某一具体实施方式，结合图1至图4所示，一种对采掘工作面煤层底板注浆止水的钻孔结构，包括位于工作面1一侧的施工巷道2，施工巷道2内靠近工作面1的一侧设置有钻场3，优选的，钻场3的长度不小于12m，深度不小于3m，高度不小于3.5m，施工巷道2内靠近工作面1的一侧间隔设置有多个钻场3。
29.在工作面1下方的煤层底板4内开设有若干注浆钻孔5，煤层底板4包括待注浆加固层401，若干注浆钻孔5间隔布置，优选的，相邻两个若干注浆钻孔5之间的间隔为30m～60m。每个注浆钻孔5的一端均位于钻场3，另一端位于待注浆加固层401内且沿施工巷道2的延伸方向延伸。
30.结合图2和图4所示，具体地说，待注浆加固层401为第二石英砂岩层，煤层底板4还包括位于待注浆加固层401上的砂质泥岩层402以及位于砂质泥岩层402上的第一石英砂岩层403，第一石英砂岩层403位于工作面1底部。每个注浆钻孔5包括第一开孔段501和第二开孔段502，第一开孔段501的孔径大于第二开孔段502的孔径。第一开孔段501倾斜开设在第一石英砂岩层403和砂质泥岩层402中，第一开孔段501的一端位于钻场3，第一开孔段501的另一端位于靠近待注浆加固层401的上端面位置；第二开孔段502的一端与第一开孔段501的另一端连接，第二开孔段502的另一端位于待注浆加固层401内且沿施工巷道2的延伸方向延伸，优选的，第二开孔段502的另一端在距离工作面1底部20m～25m范围内沿施工巷道2的延伸方向延伸。
31.实施例
32.如图3所示，利用千米定向钻机对采掘工作面煤层底板注浆加固的施工结构，钻孔沿工作面走向布置，相对于传统钻孔注浆加固，该布置能有效减少无效进尺，提高治理效果。b钻场共设计b1、b2、b3、b4四个定向注浆钻孔和b4-1一个分支注浆钻孔。b1、b2、b3注浆钻孔沿工作面走向布置，用以注浆加固5#煤层底板的同时保证23508回风巷掘进工作面的安全掘进。b1注浆钻孔位于掘进工作面正下方，用于巷道前方底板注浆加固改造同时保证安全掘进；b2注浆钻孔在工作面内距巷道左帮30m，用于工作面底板注浆加固及对掘进工作面左帮30m范围底板水害探查；b3注浆钻孔距巷道右帮30m，用于探查掘进工作面右帮30m范围底板水害探查；b4-1注浆钻孔是b4注浆钻孔的分支孔，两个注浆钻孔用于工作面煤层底
板注浆加固，其中b2孔、b4孔、b4-1孔(分支孔)三个注浆钻孔间距为60m。6个孔的施工顺序为b1
→
b2
→
b3
→
b4
→
b4-1。
33.本实用新型在实际实施时，在掘进巷道靠工作面一侧施工钻场，在钻场内自5号煤底板向下施工定向注浆钻孔，进入目标层位(待注浆加固层)后的注浆钻孔间距控制在30～60m(图3)，注浆钻孔在5号煤底板以下20m～25m范围内沿设计轨迹延伸(图1)，向注浆钻孔内注浆后，浆液扩散后，达到5号煤底板注浆加固的目的。具体施工步骤如下：
34.s1、采用φ133mm岩心管取芯钻进35m后完钻。
35.s2、采用φ165mm钻头扩孔至孔底完钻。
36.s3、采用φ200mm钻头扩孔至孔底完钻。
37.s4、孔内下入φ159mm套管30m注浆固管施工。使用水灰比为1：0.6的水泥浆进行管内注浆固管。
38.s5、孔内水泥凝固3天后扫孔试压，试验压力达到5mpa，并保持1h。试压过程中，孔口不出水则试压合格，进行后续施工，否则重新固管。
39.s6、钻进时采用ysx20随钻测量装置，钻具组合为：ф120mm定向钻头+ф89mm螺杆马达+马达与下无磁间铍铜接手+3mф89mm探管外管(内部安装ysx-20t随钻测量装置探管)+0.3mф89mm探管定位接手+3mф89mm上无磁+ф89mm通缆钻杆+
……
+ф89mm通缆钻杆+ф89mm通缆水便，施工时以地层倾角及起伏状况为依据，使钻孔设计倾角与地层相一致，尽量沿着5号煤底板以下20m～25m范围内的岩层钻进。
40.s7、钻孔每100m注浆完成后，进行下一个100m钻孔施工前，需对钻孔进行扫孔，扫孔时采用φ120mm全面钻头+φ89mm螺杆马达+φ89mm上无磁钻杆+φ89mm随钻测量仪器+φ89mm下无磁钻杆+φ89mm通缆钻杆的钻具组合。扫孔过程中，需将螺杆马达的工具面向角调整至270
°
～360
°
和0
°
～90
°
之间，且每扫孔100-150m，大泵量冲孔。扫孔时如遇泵压突变或给进压力突变时，可采用复合钻进工艺穿过此区域，但要求钻机的回转压力不能超过6mpa，回转速度控制在50rpm以下。钻孔扫孔完成后观测水量，若涌水量大于10m3/h，则需继续注浆，直到扫孔水量小于10m3/h为止后方可进行施工。
41.s8、每个钻孔注浆加固施工完成后，均需要对钻孔进行终孔注浆封孔，终孔注浆封孔时要求全孔注满水泥浆封孔，以保证工作面回采时安全顺利进行。
42.本实用新型井下钻场施工选择围岩稳定部位，支护与巷道的支护要求一致，钻场长度不小于12m，深度不小于3m，高度不小于3.5m。钻场参数应根据钻机型号和钻孔实际角度具体情况调整，视钻机型号和钻杆长度等参数施工钻场，由钻孔施工技术人员配合掘进区队打好固定钻机锚杆，并配掘一个临时水仓，配备相应的水泵和管路，将孔位按设计参数进行放点，在钻场进行位置标定。
43.施工效率对比，在本实用新型某一实施例的规划中，减少了回转钻机施工注浆钻孔所需要的15个钻场的施工，矿井在采掘过程中可对注浆巷不予施工，减少了巷道掘进量，在降低费用的同时避免注浆巷独头掘进的危险，井下钻场布置在掘进靠工作面一侧，可与掘进工作面平行作业，可以有效解决矿井采掘接替紧张的问题。
44.千米定向钻对采掘工作面底板注浆加固的施工工艺相比于常规钻机钻探施工方法，设备功率大，钻探作业的效率高，钻孔施工距离远，可以精确控制钻孔的方位，倾角等参数，并可以随着地层变化改变轨迹，有利于注浆目的层位控制。
45.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。