本發(fā)明屬于礦井防治水領域，特別涉及一種受頂、底板雙重灰?guī)r水害威脅的礦層改造方法。

背景技術：

華北型煤田的部分礦區(qū)賦存著較穩(wěn)定的本溪群徐家莊薄層灰?guī)r含水層，部分礦區(qū)奧灰與徐灰的間距?。ㄈ绶食堑V區(qū)10-16m，井陘礦區(qū)15m左右,黃河北煤田7m-10m）或存在變薄帶、構造破碎帶、導水裂隙帶，致使二者之間水力聯系密切，宏觀上實為一個含水體。

目前國內底板灰?guī)r承壓水治理較成熟的技術一般采用地面注漿站通過注漿管路和井下工作面注漿孔對底板灰?guī)r預注漿，充填底板灰?guī)r含水層的巖溶裂隙和導水裂隙，把薄層灰?guī)r中的水置換出去并實現切斷水源補給通道，使受注含水層被改造為弱含水或不含水層，實現工作面不突水開采，取得了較好的效果，如山東肥城、河南焦作永城等礦區(qū)，但這種方法不足在于井下空間受限，鉆孔施工距離短，施工工程量大，噸煤成本高，安全系數相對低。

地面水平鉆治理底板薄層灰?guī)r技術只解決了受底板薄層灰?guī)r水威脅的礦層開采，但對頂底板雙重威脅的礦層開采，需在地面對頂、底板含水層各自施工鉆孔，成本高、占地多。

對于受頂、底板雙重灰?guī)r含水層水害威脅的礦層，如黃河北煤田的11煤，底板受徐灰、奧灰承壓水威脅，頂板受四五灰水威脅，且頂、底板含水層水力聯系密切，由于頂板水與奧灰有水力聯系，難以疏干，疏排水費用高、浪費地下水資源且經濟上不合理，一直難以開采，造成資源呆滯。

技術實現要素：

本發(fā)明為解決現有技術的不足，提供一種雙層多分支順層鉆孔對頂底板雙重灰?guī)r含水層進行注漿改造的技術。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：一種雙層多分支順層鉆孔注漿改造頂底板雙重灰?guī)r含水層方法，包括如下步驟：

（1）鉆孔造斜：選擇地面合適位置向下鉆孔施工，當鉆孔到達第四系地層中時開始施工造斜段，當造斜段進入基巖后下一級套管；

（2）施工底板主孔：在步驟（1）施工出造斜段后通過無磁鉆桿施工底板主孔，方位通過無磁鉆桿的彎度進行調節(jié)，施工進入底板灰?guī)r含水層后，沿底板灰?guī)r含水層順層繼續(xù)向前施工若干米，沿底板灰?guī)r含水層順層向前施工過程中，對鉆孔內的漏失段采用高壓注入注漿材料的方式進行改造直至設計孔深，使底板形成隔水層；

（3）施工底板分支孔：底板主孔施工完成后，在底板主孔的孔道設計位置通過無磁鉆桿的彎度調節(jié)方位測出合適位置進行底板分支孔的施工，共施工若干個底板分支孔，對鉆孔內的漏失段采用高壓注入注漿材料的方式進行改造直至設計孔深，將底板水排出；

（4）施工頂板主孔：底板分支孔施工完成后，在造斜段通過無磁鉆桿調節(jié)方位在設計位置進行頂板主孔的施工，施工進入頂板灰?guī)r含水層后，沿頂板灰?guī)r含水層順層繼續(xù)向前施工若干米，沿頂板灰?guī)r含水層順層向前施工過程中，對鉆孔內的漏失段采用高壓注入注漿材料的方式進行改造直至設計孔深，使頂板形成隔水層；

（5）施工頂板分支孔：頂板主孔施工完成后，在頂板主孔的孔道設計位置通過無磁鉆桿的彎度調節(jié)方位測出合適位置進行頂板分支孔的施工，共施工若干個頂板分支孔，對鉆孔內的漏失段采用高壓注入注漿材料的方式進行改造直至設計孔深，將頂板水排出。

進一步的，在步驟（1）中，當造斜段進入基巖5-15米后下一級套管。

進一步的，在步驟（2）和步驟（4）中，沿底板灰?guī)r含水層順層或頂板灰?guī)r含水層順層繼續(xù)向前施工400-600米。

優(yōu)選的，在步驟（2）和步驟（3）中，注漿材料為單液水泥漿或粉煤灰水泥。

進一步的，注入的單液水泥漿先稀后稠，濃度在1.3-1.6g/ml之間。

優(yōu)選的，在步驟（4）和步驟（5）中，注漿材料為黃土水泥漿或粉煤灰水泥。

進一步的，在步驟（2）至步驟（5）中，在鉆孔過程中，若泥漿漏失量在30m³/h以下時則頂漏鉆進；若泥漿漏失量大于30m³/h時或與上次注漿距離超過150米時，則提鉆進行高壓注入注漿材料，直至注漿壓力在8-12mpa之間且注漿量小于8m³/h時停止注漿，待漿液凝固24h后繼續(xù)掃孔鉆進。

本發(fā)明的有益效果為：

一、本發(fā)明方法將底板改造成隔水層，頂板改造成弱含水或不含水層，封堵了底板水源補給通道并形成一定厚度的有效隔水層，從而防止采中、采后突水，實現了受頂底板雙重灰?guī)r水害威脅的礦層的安全保水開采。

二、本發(fā)明方法共用一個孔位和一造斜段施工雙層多分支順層鉆孔對頂、底板雙層灰?guī)r層進行改造，較傳統(tǒng)施工工藝每孔可節(jié)省鉆孔施工費用70-110萬元。

三、本發(fā)明方法共用一個孔位和一造斜段施工雙層多分支順層鉆孔對頂、底板雙層灰?guī)r含水層進行改造，較傳統(tǒng)的井下注漿治理底板灰?guī)r承壓水、地面水平鉆改造底板灰?guī)r和頂板水直接疏放具有鉆探工程量小、覆蓋目的層范圍廣、頂板疏放水量少、防治水工作可超前進行、防治水綜合費用低等優(yōu)點。

四、本發(fā)明方法改造了頂板和底板含水層的富水性，在礦層開采過程中大大降低了頂板疏排水的費用，具有明顯的經濟效益。

五、對頂底板灰?guī)r采用不同的注漿工藝及注漿材料，能夠解決頂板含水層與下伏含水層存在垂向聯系難以疏干不能開采、底板加固注漿技術中存在的不足等問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明頂、底板改造治理鉆孔軌跡剖面圖。

圖2是底板灰?guī)r含水層鉆孔布置圖。

圖3是頂板灰?guī)r含水層鉆孔布置圖。

圖中，1第四系地層，2造斜段，3底板主孔，4底板分支孔，5頂板主孔，6頂板分支孔，7頂板灰?guī)r含水層，8底板灰?guī)r含水層，9基巖。

具體實施方式

以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護范圍。

一種雙層多分支順層鉆孔注漿改造頂底板雙重灰?guī)r含水層方法，包括如下步驟：

（1）鉆孔造斜：勘測目標地面，選擇地面合適位置作為施工點，設置鉆孔工作參數，采用石油鉆向下鉆孔施工，當鉆孔到達第四系地層1中時開始施工造斜段2，當造斜段2進入基巖9后下一級套管，本實施例優(yōu)選的在造斜段2進入基巖9后10米時下一級套管；

（2）施工底板主孔3：在步驟（1）施工出造斜段2后，然后通過無磁鉆桿施工底板主孔3，施工方位通過無磁鉆桿的彎度進行調節(jié)，一般無磁鉆桿的彎度在1-1.5°之間，當施工進入至底板灰?guī)r含水層8后，沿底板灰?guī)r含水層8順層繼續(xù)向前施工550米，沿底板灰?guī)r含水層8順層向前施工過程中，對鉆孔內的漏失段采用高壓注入注漿材料的方式進行改造直至設計孔深，使底板形成隔水層，具體的：在底板灰?guī)r含水層8順層鉆孔過程中，若泥漿漏失量在30m³/h以下時則頂漏鉆進；若泥漿漏失量大于30m³/h時或與上次注漿距離超過150米時，則提鉆進行高壓注入注漿材料，直至注漿壓力在8-12mpa之間且注漿量小于8m³/h時停止注漿，待漿液凝固24h后繼續(xù)掃孔鉆進，整個過程中。

（3）施工底板分支孔4：在底板主孔3施工完成后，在底板主孔3的孔道設計位置通過無磁鉆桿的彎度調節(jié)方位測出合適位置進行底板分支孔4的施工，共施工若干個底板分支孔4，對鉆孔內的漏失段采用高壓注入注漿材料的方式進行改造直至設計孔深，最終將底板水排出，在底板分支孔4的鉆孔過程中，若泥漿漏失量在30m³/h以下時則頂漏鉆進；若泥漿漏失量大于30m³/h時或與上次注漿距離超過150米時，則提鉆進行高壓注入注漿材料，直至注漿壓力在8-12mpa之間且注漿量小于8m³/h時停止注漿，待漿液凝固24h后繼續(xù)掃孔鉆進。

在上述步驟（2）和步驟（3）中，由于底板奧灰豐富，壓力大，因此注漿材料可以選為單液水泥漿或粉煤灰水泥，作為優(yōu)選方案，本實施例注入的注漿材料為單液水泥漿，單液水泥漿強度大，可以抵御底板水的壓力。注入的單液水泥漿先稀后稠，濃度在1.3-1.6g/ml之間。

（4）施工頂板主孔5：底板分支孔4施工完成后，在造斜段2通過無磁鉆桿調節(jié)方位在設計位置進行頂板主孔5的施工，施工進入頂板灰?guī)r含水層7后，沿頂板灰?guī)r含水層7順層繼續(xù)向前施工550米，沿頂板灰?guī)r含水層7順層向前施工過程中，對鉆孔內的漏失段采用高壓注入注漿材料的方式進行改造直至設計孔深，使頂板形成隔水層，具體的：在頂板灰?guī)r含水層7順層鉆孔過程中，若泥漿漏失量在30m³/h以下時則頂漏鉆進；若泥漿漏失量大于30m³/h時或與上次注漿距離超過150米時，則提鉆進行高壓注入注漿材料，直至注漿壓力在8-12mpa之間且注漿量小于8m³/h時停止注漿，待漿液凝固24h后繼續(xù)掃孔鉆進。

（5）施工頂板分支孔6：頂板主孔5施工完成后，在頂板主孔5的孔道設計位置通過無磁鉆桿的彎度調節(jié)方位測出合適位置進行頂板分支孔6的施工，共施工若干個頂板分支孔6，對鉆孔內的漏失段采用高壓注入注漿材料的方式進行改造直至設計孔深，將頂板水排出，在頂板分支孔6的鉆孔過程中，若泥漿漏失量在30m³/h以下時則頂漏鉆進；若泥漿漏失量大于30m³/h時或與上次注漿距離超過150米時，則提鉆進行高壓注入注漿材料，直至注漿壓力在8-12mpa之間且注漿量小于8m³/h時停止注漿，待漿液凝固24h后繼續(xù)掃孔鉆進。

作為優(yōu)選方案，在步驟（4）和步驟（5）中，注漿材料為黃土水泥漿。

至此，經過上述五步將底板灰?guī)r含水層8和頂板灰?guī)r含水層7改造完成，最終將頂板改造成弱含水層或不含水層，將底板改造成隔水層，成功實現了受頂、底板雙重水害威脅的礦井的安全開采。

本發(fā)明方法共用一個孔位和一造斜段2施工雙層多分支順層鉆孔對頂、底板雙層灰?guī)r含水層進行改造，比現有施工工藝（施工兩個地面孔），每孔可節(jié)省鉆孔施工費用70-110萬元，另外，對頂、底板灰?guī)r含水層采用不同的注漿材料，解決了頂板灰?guī)r含水層7與底板灰?guī)r含水層8存在垂向聯系難以疏干不能開采、底板加固注漿技術中存在的不足等問題。

本發(fā)明方法可應用于煤礦、鐵礦、非金屬礦等受頂底板雙重水害威脅的礦井開采，安全經濟保水。

黃河北煤田11煤受底板奧灰水和頂板四五灰水害威脅，且頂板四五灰水與底板徐、奧水存在垂向水力聯系，采取原來底板注漿加固技術和頂板疏放水技術無法實現開采，利用本發(fā)明的雙層多分支順層鉆孔注漿改造頂底板雙重灰?guī)r含水層技術可實現11煤安全經濟保水開采，預計可解放黃河北煤田11層煤儲量1.6億噸，噸煤注漿改造成本70-105元，按2017年煤價可實現產值836億元，利潤210億元，具有良好的經濟及社會效益。

以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式的一種，本領域的技術人員在本發(fā)明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。