长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法与流程

本发明涉及煤矿探放水，具体涉及长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法。

背景技术：

1、受历史原因影响，在各矿区内遗留有大量的隐蔽、遗弃或者资料缺失巷道、采空区等，导致开采范围内废弃巷道或者采空区位置、形态等参数不明确，废弃巷道或者采空区内容易存在积水，当采掘作业面靠近采空区积水区时，容易诱发涌水量增大或者突水等事故，给煤炭开采工作带来较大威胁，且煤矿水害具有易发生和群死群伤的本质特征，极易引发重大人员伤亡。因此可以精确探放水是安全生产的重要保障，目前，矿井探水勘查技术主要包括：井下地球物理超前探测技术(物探)、超前定向钻孔探水技术(钻探)和水文地球化学探查技术(化探)，其中物探成本较低但精度较低，钻探精度较高但成本较高且时间较长，因此以物探测出积水区大概范围，再以钻探精确定位成为精确探放水的新思路。但钻探时需要多次钻探导致频繁搬家，极大影响了矿井生产效率，且较为复杂的排水系统不便于管理。当钻场与采空区积水区需要穿煤层群时，钻头不可避免的要穿过不同岩性的地层，而穿越较硬岩石时容易损坏钻头，松散岩层时容易发生埋管等事故，因此探索长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法意义重大。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法，其在壳体内设置取样单元和加热单元，通过电池组提供电能驱动加热单元和取样单元内部的电机，对待取样沥青进行抽取和加热，保证了沥青的流动性，方便了人工操作和运输。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法，将钻场布置在水仓处，依据物探勘查技术探测出的老空区水位标高，根据水位在标高为50％以上位置设计高位扇形分支孔，在标高50％以下设计低位扇形分支孔，利用定向钻进技术钻进，并在探放过程中依据出水情况实时调整定向钻孔终孔位置，钻探过程中当分支孔未见水时，高位扇形分支孔降低终孔标高，低位扇形分支孔提高终孔标高，根据地层性质不同选取不同泥浆液来冲洗钻孔；

4、在穿越坚硬岩层时，选用润滑减阻型泥浆；穿越粘性岩层时，降低泥浆的失水量，控制泥浆粘度和压力；在穿越沙质土层、泥页岩时，向泥浆中添加膨润土和长链聚合物，防止漏浆和塌孔。

5、优选地，钻进时需对钻孔进行参数设计，具体方法为：

6、a.收集水仓标高、水仓平面坐标、水仓与采空区之间地层岩性、物探预计积水区标高及积水区平面坐标资料；

7、b.确定钻孔起点、高位主孔终点以及低位主孔终点坐标；

8、c.根根据物探勘查技术对老空区积水范围及水位的勘察结果，在井下水仓开孔，为分别在老空区水体高、低位进行钻探与疏放，以老空区内底部与中部位置为终孔位置设计高位主孔、低位主孔的钻孔深度、每个点倾角及方位角；

9、d.根据每个点的倾角与方位角，结合钻孔深度设计钻孔轨迹。

10、优选地，钻孔施工时的具体方法为：

11、a.进行开孔，包括稳固钻机、回钻开孔、封孔注浆、打压漏水试验，在进行打压漏水试验时，若漏水则需要重新回转开孔；

12、b.安装螺杆钻具，记录这两个钻孔分别为高位主孔和低位主孔，并对之后的钻孔用变量i进行编号；

13、c.进行定向钻进并随钻测量，监测其是否偏离设计轨迹，若偏离则调整工具面倾角后钻进，若未偏离则继续定向钻进；

14、d.若在钻进途中透水，则终孔，并记为情况二，若未透水且未到达设计终点，则继续钻进，若未透水到达设计终点，则终孔，并记为情况一。

15、优选地，钻进时需参数分析，具体步骤为：

16、a.判断第i号钻孔与第i-1号钻孔情况是否相同，对于情况一，若不同，则能够精确得出积水区边界位于第i号钻孔与第i-1号钻孔终点之间；

17、对于情况二，若不同，则能够精确得出积水区边界位于第i号钻孔与第i-1号钻孔终点之间；

18、判断第i号钻孔与第i-1号钻孔情况是否相同时，高位第i号钻孔与高位第i-1号比较，低位第i号钻孔与低位第i-1号比较。

19、判断第i号钻孔与第i-1号钻孔情况是否相同时，当i＝1时，只存在高位主孔、低位主孔，按照情况相同判定，当i＝2时，比较1号分支孔与主孔情况。

20、b.对于情况一，若相同，则高位钻孔终点向下偏移5m，低位钻孔终点向上偏移5m，结合高位主孔、低位主孔轨迹，设计高、低位第i号分支孔的钻孔轨迹；

21、对于情况二，若相同，则高位钻孔终点向上偏移5m，低位钻孔终点向下偏移5m，结合高位主孔、低位主孔轨迹，设计高、低位第i号分支孔的钻孔轨迹；

22、c.将重新设计的钻孔轨迹命名为高、低位第i+1号钻孔，重复钻孔施工中定向钻进并随钻测量之后的步骤。

23、本发明的有益效果在于：

24、本方法将钻场开孔位置固定在井底车场水仓处，避免了钻机系统的频繁搬家，精简了排放水系统，前期直接集中的进行探放水，集中管理，探放水效率效果得以保障。通过改进工序可以精确的得出采空区积水区边界，减少不必要的钻孔，节约成本，减少开孔时间，提高生产效率。根据不同的地层特性选取不同泥浆液，提高钻头寿命，减少塌孔、埋管等事故。此设计方法简单易行，准确性高，可为长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水设计提供参考，具有广泛的实用性。

技术特征：

1.长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法，其特征在于，将钻场布置在水仓处，依据物探勘查技术探测出的老空区水位标高，根据水位在标高为50％以上位置设计高位扇形分支孔，在标高50％以下设计低位扇形分支孔，利用定向钻进技术钻进，并在探放过程中依据出水情况实时调整定向钻孔终孔位置，钻探过程中当分支孔未见水时，高位扇形分支孔降低终孔标高，低位扇形分支孔提高终孔标高，根据地层性质不同选取不同泥浆液来冲洗钻孔；

2.如权利要求1所述的长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法，其特征在于，钻进时需对钻孔进行参数设计，具体方法为：

3.如权利要求2所述的长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法，其特征在于，钻孔施工时的具体方法为：

4.如权利要求3所述的长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法，其特征在于，钻进时需参数分析，具体步骤为：

5.如权利要求4所述的长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法，其特征在于，判断第i号钻孔与第i-1号钻孔情况是否相同时，高位第i号钻孔与高位第i-1号比较，低位第i号钻孔与低位第i-1号比较。

6.如权利要求5所述的长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法，其特征在于，判断第i号钻孔与第i-1号钻孔情况是否相同时，当i＝1时，只存在高位主孔、低位主孔，按照情况相同判定，当i＝2时，比较1号分支孔与主孔情况。

技术总结
本发明公开了长距离定向钻孔穿多煤层群精确探放老空水方法，该方法为将钻场布置在水仓处，依据水位标高依次设计低位扇形分支孔、高位扇形分支孔，利用定向钻进技术钻进，并在探放过程中依据出水情况实时调整定向钻孔终孔位置，钻探过程中当分支孔未见水时，高位扇形分支孔降低终孔标高，低位扇形分支孔提高终孔标高，根据地层性质不同选取不同泥浆液来冲洗钻孔；定向钻孔时还需参数设计、钻孔施工及参数分析，通过三者之间的互馈、可以精确的掌握老窑积水区的范围；此设计方法简单易行，准确性高，可为老窑积水精确探放设计提供参考，具有广泛的实用性。

技术研发人员：单成方,王云搏,李亚锋,段刚,韩创业,王海洋,张平
受保护的技术使用者：库车市榆树岭煤矿有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25