[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

说明书

本发明涉及一种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。本发明采用随钻地质导向定向钻具进行枝状定向钻孔施工，控制钻孔轨迹沿设计含水层和设计轨迹延伸，成孔后进行水体疏放；枝状定向钻孔由主孔和多个上向分支孔组成，其中主孔沿下含水层长距离延伸，用于探放下含水层内水体；上向分支孔穿过上含水层，用于探放上含水层内水体。本发明解决了煤层顶板含水层数量较多时，水体探放效率低、探放误差大、治理成本高等问题，具有探放效率高、施工工程量小、探放精度高、覆盖面积广等优点，实现了多含水层水体一次超前区域探放，保障了安全高效采煤。

技术领域

本发明涉及一种超前区域水体探放方法及装置，属于煤矿开采技术领域，具体是涉及一种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。

背景技术

我国煤炭赋存水文地质条件较为复杂，顶板水害是我国煤矿水害的主要类型之一，其破坏性巨大，给煤矿安全生产带来了很大隐患和损失。随着浅部资源日趋枯竭，煤炭开采逐渐向大埋深、高地应力和强富水区域发展，矿井顶板水害呈现高频率和强危害特征。

采用钻孔对顶板水提前进行探查和疏放是避免顶板水害事故发生的有效途径之一，目前主要采用顶板穿层钻孔或常规定向钻孔进行水体探放，存在以下问题：①目前采动导水裂隙带发育主要采用理论计算或数值模拟得到，与实际值存在偏差，部分煤矿顶板水文地质资料简单，顶板含水层数量较多，对其详细赋存信息掌握较差，且富水性难以准确掌握；②顶板穿层钻孔深度浅、轨迹不可测控，施工工程量大，且需要在开采巷道形成后进行施工，疏放水时间短，无法实现超前区域顶板水探放，不利于矿井扩大生产规模的长远规划要求；③常规定向钻孔可沿含水体长距离延伸，但其以钻孔几何轨迹为导向，当地层起伏变化时，无法准确沿目标地层延伸，且只适用于单一含水层水体探放。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，针对煤层顶板多含水层水体探放方法存在的不足，研究设计出一种煤层顶板多含水层枝状定向钻孔一次超前区域水体探放方法，以克服上述缺陷。

发明内容

发明所要解决的技术问题

现有技术中，在煤层顶板多含水层水体探放时，含水层赋存信息不清、采动导水裂隙带发育规律不清，顶板穿层钻孔探查盲区大、成本高、周期长，常规定向钻孔无法确保沿目标含水体延伸，且只适用于单个含水体探放。

解决上述问题所采用的技术方案

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

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：

信息勘探步骤，探查含水层赋存信息与采动导水裂隙带发育高度；

钻孔设计步骤，根据探查结果设计包括枝状定向钻孔，所述枝状定向钻孔包括沿下含水层延伸的主孔以及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的上向分支孔；

主孔施工步骤，施工枝状定向钻孔的主孔；

支孔施工步骤，施工枝状定向钻孔的上向分支孔，采集钻孔出水量和出水压力并根据出水量和/或出水压力进行水体疏放；

回采施工步骤，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。

在本发明的至少一个实施例中，所述信息勘探步骤包括：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、厚度等赋存信息和顶板采动导水裂隙带发育高度。

在本发明的至少一个实施例中，所述的穿层探查钻孔开孔倾角大于60°，终孔标高比采动导水裂隙带发育高度理论计算值大10m以上。