[发明专利]一种基于定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法

权利要求书

1.一种定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤1，钻孔布设，在小煤窑采空区治理区域上设计定向钻孔的布设和数量，并确定定向钻孔的参数设计；

步骤2，确定注浆材料，包含三种材料，分别为水泥和粉煤灰或黏土和速凝剂，各材料用量按①式至③式计算，

……..……..……..

式中，W_c为水泥质量kg，W_e为粉煤灰或黏性土质量kg，W_w为水的质量kg，V_g为浆液体积L，α为浆液中水泥所占质量比例，β为浆液中粉煤灰或黏性土所占质量质量比例，γ为浆液中水所占质量比例，d_c为水泥相对密度，d_e为粉煤灰或黏性土相对密度，d_w为水的相对密度；

步骤3，进行各定向钻孔的钻入及注浆操作，其中，先下入钻具进行斜直段和造斜段的钻入后水平进入煤层，水平钻探过程中遇到煤柱则继续钻进成孔，在钻探成孔过程遇到采空区时，回收钻具并对采空区注浆充填，即利用步骤2确定的注浆材料进行采空区注浆，待注浆材料固结达到再次成孔条件后，沿着原钻孔轨迹扫孔至前次成孔位置，在注浆材料固结的人造地质体和煤柱中继续钻进成孔，当钻进成孔过程中再次进入采空区时再进行注浆充填，依次重复上述钻进和注浆充填直至施工钻孔轨迹达到预定位置后注浆封孔；

多个定向钻孔分为第一序列定向钻孔和第二序列定向钻孔，所述第一序列定向钻孔和第二序列定向钻孔相互间隔设置，所述第一序列定向钻孔包含位于最外侧的两个定向钻孔，首先从外至内两侧依次间隔实施第一序列定向钻孔，然后再从外至内两侧依次间隔实施第二序列定向钻孔，这种施工顺序能非常好地适应采空区地质条件，对采空区进行了充分注浆充填，且第二序列定向钻孔较第一序列定向钻孔施工速度快，提高了整体施工效率。

2.如权利要求1所述的定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法，其特征在于：在步骤1中，根据小煤窑采空区治理区域的改造情况进行定向钻孔的布设，其中，对于需要在小煤窑采空区上实施线性工程的，设置定向钻孔的方向为垂直线路走向进行布设，对于需要在小煤窑采空区上实施场地工程的，设置定向钻孔的方向为垂直地层走向进行布设。

3.如权利要求1所述的定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法，其特征在于：在步骤1中，定向钻孔的参数包含定向钻孔的数量、间距、垂深、开孔倾角、水平钻进距离、定向，各定向钻孔相互平行设置且间距相同。

4.如权利要求3所述的定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法，其特征在于：各定向钻孔为竖直平面上的两维平面定向孔，所述定向钻孔的垂深为小煤窑采空区的深度，水平钻进距离根据小煤窑采空区治理区域进行设置，且一般不大于500m，开孔倾角为15°～20°。

5.如权利要求1所述的定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法，其特征在于：在步骤2中，浆液配比中水固质量比取1:1.0～1:1.3，水泥和粉煤灰或粘土的质量比为2:8～3:7，速凝剂掺量为水泥重量的3％～5％。

6.如权利要求1所述的定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法，其特征在于：在步骤3中，每一定向钻孔均采用三开方式钻进，一开：实施斜直段，斜直段的开孔倾角为15°～20°，钻入稳定基岩垂直深度10m，并下入表层套管，套管高出地面20cm，固孔水泥浆返至地面；二开：实施造斜段，定向钻进至见煤层，该造斜段将斜直段按一定曲率半径转为水平方向，下入地质套管，固井水泥浆返至基岩面；三开：沿煤层水平定向钻进，裸眼完井。