[发明专利]顶板多含水层枝状定向钻孔超前区域水体探放方法及装置

权利要求书

1.一种顶板多含水层枝状定向钻孔超前区域水体探放方法，包括以下步骤：

步骤一：含水层赋存信息与采动导水裂隙带发育高度探查；在矿井已回采工作面施工一个上向穿层探查钻孔，然后从钻孔内下入钻孔信息综合探测系统，查明顶板含水层标高、厚度赋存信息和顶板采动导水裂隙带发育高度；

步骤二：枝状定向钻孔轨迹设计；根据含水层赋存信息与采动导水裂隙带发育高度进行枝状定向钻孔设计，枝状定向钻孔由主孔和多个上向分支孔组成，其中主孔布置在下含水层中，并沿下含水层延伸；上向分支孔设计间距30～50m，斜穿过上含水层，且终孔标高大于顶板采动导水裂隙带发育高度；

步骤三：下含水层内枝状定向钻孔主孔施工；在工作面巷道内设置钻场，下入随钻地质导向定向钻具，按照枝状定向钻孔主孔设计轨迹进行施工，钻进过程中实时测量出钻孔几何轨迹，并识别出钻遇地层岩性，控制枝状定向钻孔沿设计轨迹在下含水层内长距离延伸；钻进过程中每隔30～50m预留一个分支点；

步骤四：上含水层上向分支孔施工；主孔施工完成后，从孔底向孔口退钻，退钻至预留分支点，采用慢速磨削悬空侧钻分支技术侧钻开分支；开出分支孔后，调整钻孔倾角钻进，穿过上含水层，并超过顶板采动导水裂隙带发育高度；然后继续退钻，直至完成所有上向分支孔施工；

步骤五：水体探查；枝状定向钻孔施工时，在孔口实时采集钻孔出水量和出水压力，若钻孔不出水，说明顶板含水层内不含水；若钻孔出水，记录下出水点深度及其空间轨迹参数，并绘制出顶板含水层内水体分布平面图、水压分布等值线图和水量分布等值线图；

步骤六：水体疏放；枝状定向钻孔施工时，若钻孔出水量和出水压力大于矿方规定值，则停钻进行水体疏放，直至出水量和出水压力小于矿方规定值后继续施工；若钻孔出水量和出水压力小于矿方规定值，则完孔后集中进行水体疏放；

步骤七：工作面开采；若探明顶板含水层内不含水，或者顶板含水层内水体疏放后出水量及出水压力达到工作面开采条件，则可进行工作面回采；

其中，将钻孔信息综合探测系统连接好，修正夜视摄像头安装角，然后下入上向穿层探查钻孔；下入过程中，采用夜视摄像头探测孔壁图像信息，采用地质信息探测模块探查钻孔径向0.5m范围内地层的放射性，采用空间轨迹测量模块A测量钻孔三维轨迹参数；然后由信号传输模块A通过通缆式信号传输钻杆和通缆式旋转送水器将信号传输至孔外；下入过程中，若孔内遇堵或耐磨镜片被糊住，则可通过通缆式信号传输钻杆向钻孔内供水，其中轴向水眼内冲出的水流将清除孔内堵塞物，径向水眼内冲出的水流将清除耐磨镜片上的杂物，确保仪器正常下入和夜视摄像头清晰拍摄；孔口处理系统A接收到夜视摄像头拍摄的视频信息、地质信息探测模块探查的地层自然放射值和空间轨迹测量模块A测量的钻孔轨迹三维坐标后，以钻孔各测点的标高为纵轴、以地层自然伽马放射值和视频信息为横轴绘制综合分析图，将探查的地层自然伽马放射值与不同地层标准值进行对比识别地层并标示出含水层位置，得到钻孔轨迹地质剖面图和含水层赋存信息；统计不同标高处孔壁裂隙发育数量，得到采动导水裂隙带发育高度；

其中，钻孔信息综合探测系统由自洁钻头(10)、夜视摄像头(11)、地质信息探测模块(12)、电源模块(13)、空间轨迹测量模块A(14)、信号传输模块A(15)、无磁仪器外管A(16)、通缆式信号传输钻杆(17)、通缆式旋转送水器(18)和孔口处理系统A(19)组成，其中所述的夜视摄像头(11)自带照明光源；地质信息探测模块(12)内安装有可敏感地层自然放射性的探测传感器；空间轨迹测量模块A(14)内设置加速度传感器组和磁传感器组，每个传感器组均由3个相互正交的传感器构成；电源模块(13)由3个电池组组成，可分别为夜视摄像头(11)、地质信息探测模块(12)和空间轨迹测量模块A(14)供电；信号传输模块A(15)采用频分多路复用技术进行信号传输；所述的夜视摄像头(11)、地质信息探测模块(12)、电源模块(13)、空间轨迹测量模块A(14)、信号传输模块A(15)依次连接组成孔内仪器串，并安装在无磁仪器外管A(16)中；所述的自洁钻头(10)、无磁仪器外管A(16)、通缆式信号传输钻杆(17)和通缆式旋转送水器(18)依次连接，其中夜视摄像头(11)靠近自洁钻头(10)一端，并进入自洁钻头(10)内；

其中，随钻地质导向定向钻具，由岩层定向钻头、近钻头地质信息测量模块、近距离数据短传模块、螺杆马达、近距离数据接收模块、空间轨迹测量模块B、信号传输模块B、无磁仪器外管B、通缆式信号传输钻杆、通缆式旋转送水器和孔口处理系统B组成，其中近钻头地质信息测量模块内安装有可敏感地层自然放射性的探测传感器,可测量钻头后0.5m左右位置处的地层信息；空间轨迹测量模块B内设置了1个加速度传感器组和1个磁传感器组，每个传感器组均由3个相互正交的传感器构成,可测量的钻孔轨迹三维坐标；近距离数据短传模块用于将测量数据穿过螺杆马达传输至近距离数据接收模块，并与空间轨迹测量模块B测量得到的钻孔轨迹参数一起，通过信号传输模块B，采用载波信号传输方式，以通缆式信号传输钻杆和通缆式旋转送水器为信号传输通道传递给孔口处理系统B，经由孔口处理系统B处理后进行显示，得到实钻地层岩性及与设计轨迹的偏差，为施工人员钻孔轨迹调控参考依据，确保钻孔沿设计轨迹和设计地层长距离延伸。