一種煤礦井下防治突水潰砂的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦井下防治突水潰砂的方法，包括利用一次性鉆頭裝置下設(shè)注漿管、一次性鉆頭鉆帽與鉆體脫離退出、固結(jié)注漿管和對特定地層注漿四部分。本發(fā)明的防治突水潰砂方法注漿成功率高、注漿管固結(jié)質(zhì)量好、注漿壓力大、鉆探與注漿綜合效率高、注漿成本低，對特定地層可以達到安全、快捷、廉價、高質(zhì)改造。本發(fā)明解決了利用鉆頭下設(shè)注漿管問題，以及利用注漿管對特定層位進行高壓注漿的固結(jié)注漿管和高壓注漿問題。
【專利說明】一種煤礦井下防治突水潰砂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于采礦工程煤礦防治水【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種煤礦井下防治突水潰砂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在淺埋煤層開采工作面通過上覆基巖層較薄且基巖以上為富水松散層區(qū)域時，煤炭開采造成的巨大采空區(qū)空間，可能導(dǎo)致上覆基巖破斷形成的裂縫將松散層富水區(qū)域的水和砂導(dǎo)入礦井內(nèi)，發(fā)生突水潰砂事故，造成嚴重礦井災(zāi)害和損失。當(dāng)前煤礦綜采工作面在通過該種區(qū)域時，主要采用合理設(shè)置煤柱、地面鉆孔注漿改造松散層特性和井下鉆孔注漿改造松散層特性三種做法。留設(shè)煤柱法嚴重降低回采率，且涉及擾亂正常開采作業(yè)和設(shè)備搬家的問題，該種方法目前較為成熟，也是在通過特殊位置較常采用的方法。地面鉆孔注漿改造松散層特性技術(shù)是一種較好的方法，首先是地面容易操作且經(jīng)濟，其次是不會干擾井下正常采煤作業(yè)，但當(dāng)前涉及地面占地問題，由于現(xiàn)在高昂的占地補償費用，導(dǎo)致該種方法在很多煤礦無法實施。而井下鉆孔注漿改造松散層特性技術(shù)是一種折中的方法，在工作面尚未推進至基巖較薄且基巖上有厚富水松散層區(qū)域時，通過在井下鉆孔注漿加固松散層，達到防止突水潰砂的目的，既不干擾正常采煤計劃和作業(yè)又相對節(jié)省開支和保護資源。
[0003]該項技術(shù)已經(jīng)在神府礦區(qū)多個綜采工作面得到應(yīng)用，成功通過了基巖薄且基巖上覆厚富水松散層區(qū)域，而沒有發(fā)生突水潰砂災(zāi)害。首次利用該項技術(shù)時通過兩個工作面，該兩個相鄰工作面采厚為4米，采寬為260米，兩個工作面分別多回收資源32.7萬噸和41.5萬噸，實現(xiàn)新增產(chǎn)值44520萬元，利潤29680萬元，節(jié)省地面工程征地費用500萬元。該項技術(shù)在存在突水潰砂災(zāi)害威脅礦井的應(yīng)用，不但為礦井節(jié)省了投資，且提高了資源的回采率，降低了對地面生態(tài)環(huán)境與地下水系統(tǒng)的影響。多個成功的案例證明采用井下向厚松散層富水區(qū)域高壓注漿方式改造淺埋煤層薄基巖頂板物理力學(xué)特性來預(yù)防突水潰砂災(zāi)害是十分有效的，其技術(shù)效果和經(jīng)濟效果非常明顯。
[0004]井下鉆孔高壓注漿改造松散層特性技術(shù)是在鉆孔中進行高壓注漿，其中涉及注漿管和保持高壓問題，通過鉆桿進行注漿，其優(yōu)點是不用另加注漿管，但其缺點較為突出，鉆機必須配合注漿，效率較低，每隔一段時間必須活動鉆桿以防漿液凝固鉆桿抱死，影響了鉆機的鉆探作業(yè)，另外如要保持高壓必須使用較長的孔口管，以防造成煤層頂板破裂冒落，且該方法不能實現(xiàn)僅對目標地層注漿，注漿過程是對全孔注漿。
[0005]在鉆孔形成后下入專門注漿管進行注漿可解決上述問題，但下設(shè)注漿管需要新的保障技術(shù)。在利用一次性鉆頭裝置將注漿管下設(shè)并固定在設(shè)計層位后，需首先進行固結(jié)注漿管，實現(xiàn)注漿管的良好固結(jié)和對特定層位注漿是井下鉆孔高壓注漿改造松散層特性技術(shù)體系的重要組成部分，固管效果良好是實現(xiàn)對特定地層注漿的前提。在成功將注漿管下設(shè)和固結(jié)至特定層位后，將采用高壓漿液對厚松散層一定層位進行注漿改造，保持高壓和對特定層位注漿需要有專門的下管、固管和注漿技術(shù)進行保障。本發(fā)明所述內(nèi)容就是一種新型煤礦井下防治突水潰砂方法，可以解決保持高壓和對特定層位注漿需要有專門的下管、固管和注漿等技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種煤礦井下防治突水潰砂的方法，解決了利用廉價鉆頭下設(shè)注漿管問題，以及利用廉價注漿管對特定層位進行高壓注漿的固結(jié)注漿管和高壓注漿問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種煤礦井下防治突水潰砂的方法，包括利用一次性鉆頭下設(shè)注漿管、一次性鉆頭鉆帽與鉆體脫離退出、固結(jié)注漿管和對特定地層注漿四部分。
[0009]第一步，利用一次性鉆頭下設(shè)注漿管:將一次性鉆頭鉆體3與鉆桿4連接，注漿管8穿過鉆桿4內(nèi)通孔，一次性鉆頭鉆帽2與注漿管8通過注漿管與鉆頭連接件6連接于鉆帽內(nèi)注漿管固定桿5上，并將連接好的鉆桿、鉆頭、注漿管通過鉆機送入鉆孔；
[0010]第二步，一次性鉆頭鉆帽與鉆體脫離退出:在將鉆頭送至設(shè)計層位后，鉆桿4回退，一次性鉆頭鉆帽2與一次性鉆頭鉆體3脫離，逐漸將鉆桿4全部退出，用注漿管固結(jié)料10將注漿管8與孔口管9粘結(jié)，并穿過注漿固結(jié)料10設(shè)置固管注漿管12，在注漿管8和固管注漿管12上分別設(shè)置注漿管止?jié){閥13和固管注漿管止?jié){閥14 ；
[0011]第三步，固結(jié)注漿管:通過固管注漿管12向鉆孔I注漿，同時打開注漿管止?jié){閥13，注漿至漿液由出漿孔7溢出并從注漿管8孔口返出，停止注漿并關(guān)閉固管注漿管止?jié){閥14，等待注漿管8與注漿鉆孔I固化；
[0012]第四步，對特定地層注漿:在注漿管8與注漿鉆孔I完全固化后，通過注漿管8向鉆孔I內(nèi)注漿，漿液由設(shè)置在注漿管8上的出漿孔7進入待注漿的地層，因出漿孔7僅在設(shè)計層位的注漿管8段有，因此可實現(xiàn)對特定地層的注漿。
[0013]通過上述描述可知:本發(fā)明的一種煤礦井下防治突水潰砂的方法的有益特點為:
[0014]在鉆探及注漿安全和質(zhì)量方面:本發(fā)明中注漿管固結(jié)段長，可以實現(xiàn)較大的注漿壓力，注漿壓力可達5MPa以上。較長的固結(jié)段可保證在高注漿壓力條件下煤層頂板不會發(fā)生破裂、孔口管不會損壞，不會發(fā)生頂板冒落、跑漿、漏漿事故，保證各方面安全的同時保證了工程質(zhì)量。
[0015]在鉆探及注漿工程造價方面:由于有較長的孔口管保證安全，僅需要較短的孔口管即可，孔口管用來預(yù)防鉆探過程中的突水潰砂，僅需6m即可。本發(fā)明使注漿層位可控，可保證僅對目標層位注漿，減少了對其它層位不必要的注漿消耗，漿液消耗量降低28%。另外，注漿過程中不需要鉆機配合，提高了鉆機的利用率，節(jié)約了工程成本。通過僅在待改造層位設(shè)置注漿段進行高壓注漿，較大幅度提高了注漿改造地層特性的成功率，且不易造成廢孔，經(jīng)多種手段驗證，體積改造率在94%以上。
[0016]在鉆探及注漿施工進度方面:本發(fā)明中在鉆孔中下設(shè)專門注漿管注漿而不使用鉆桿注漿，可解放鉆機進行不間斷鉆孔作業(yè)，且多個鉆孔在固管完成后，可多個鉆孔聯(lián)合注漿，有效縮短施工時間，鉆探及注漿綜合作業(yè)效率提高30%以上。
[0017]本發(fā)明解決了利用廉價鉆頭下設(shè)注漿管問題，以及利用廉價注漿管對特定層位進行高壓注漿的固結(jié)注漿管和高壓注漿問題?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0018]圖1是煤礦井下鉆孔下設(shè)注漿管下管過程示意圖；
[0019]圖2是煤礦井下鉆孔下設(shè)注漿管退鉆過程示意圖；
[0020]圖3是煤礦井下鉆孔注漿管下設(shè)完畢狀態(tài)示意圖；
[0021]圖4是煤礦井下鉆孔固結(jié)注漿管示意圖；
[0022]圖5是利用煤礦井下鉆孔對特定上覆層位注漿示意圖。
[0023]圖中，I為鉆孔；2為一次性鉆頭鉆帽；3為一次性鉆頭鉆體；4為鉆桿；5為鉆帽內(nèi)注漿管固定桿；6為注漿管與鉆頭連接件；7為出漿孔；8為注漿管；9為孔口管；10為注漿管固結(jié)料；11為孔口法蘭盤；12為固管注漿管；13為注漿管止?jié){閥；14為固管注漿管止?jié){閥；15為固結(jié)注漿管漿液；16為地層注漿漿液。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0025]一種煤礦井下防治突水潰砂的方法，包括利用一次性鉆頭下設(shè)注漿管、一次性鉆頭鉆帽與鉆體脫離退出、固結(jié)注漿管和對特定地層注漿四部分。
[0026]第一步，利用一次性鉆頭下設(shè)注漿管:如圖1所示，將一次性鉆頭鉆體3與鉆桿4連接，注漿管8穿過鉆桿4內(nèi)通孔，一次性鉆頭鉆帽2與注漿管8通過注漿管與鉆頭連接件6連接于鉆帽內(nèi)注漿管固定桿5上，并將連接好的鉆桿、鉆頭、注漿管通過鉆機送入鉆孔1，所述鉆孔I設(shè)有孔口法蘭盤11，所述鉆孔I可依次貫通堅硬地面A、堅硬地面B、堅硬地面C和松散地面，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的是，所述鉆孔貫通的地面層次和數(shù)量并不以上為限；
[0027]第二步，一次性鉆頭鉆帽2與鉆體脫離退出:如圖2所示，在將鉆頭送至設(shè)計層位后，鉆桿4回退，一次性鉆頭鉆帽2與一次性鉆頭鉆體3脫離，逐漸將鉆桿4全部退出，用注漿管固結(jié)料10將注漿管8與孔口管9粘結(jié)，并穿過注漿固結(jié)料10設(shè)置固管注漿管12，在注漿管8和固管注漿管12上分別設(shè)置注漿管止?jié){閥13和固管注漿管止?jié){閥14，如圖3所示；
[0028]第三步，固結(jié)注漿管:如圖4所示，通過固管注漿管12向鉆孔I注漿，優(yōu)選為注固結(jié)注漿管漿液15，同時打開注漿管止?jié){閥13，注漿至漿液由出漿孔7溢出并從注漿管8孔口返出，停止注漿并關(guān)閉固管注漿管止?jié){閥14，等待注漿管8與注漿鉆孔I固化；
[0029]第四步，對特定地層注漿:如圖5所示，在注漿管8與注漿鉆孔I完全固化后，通過注漿管8向鉆孔I內(nèi)注漿，優(yōu)選為注地層注漿漿液，漿液由設(shè)置在注漿管8上的出漿孔7進入待注漿的地層，因出漿孔7僅在設(shè)計層位的注漿管8段有，因此可實現(xiàn)對特定地層的注漿。
[0030]最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦井下防治突水潰砂的方法，其特征在于:包括利用一次性鉆頭下設(shè)注漿管、一次性鉆頭鉆帽與鉆體脫離退出、固結(jié)注漿管和對特定地層注漿四部分； 第一步，利用一次性鉆頭下設(shè)注漿管:將一次性鉆頭鉆體(3)與鉆桿(4)連接，注漿管(8)穿過鉆桿(4)內(nèi)通孔，一次性鉆頭鉆帽(2)與注漿管(8)通過注漿管與鉆頭連接件(6)連接于鉆帽內(nèi)注漿管固定桿(5)上，并將連接好的鉆桿、鉆頭、注漿管通過鉆機送入鉆孔；第二步，一次性鉆頭鉆帽與鉆體脫離退出:在將鉆頭送至設(shè)計層位后，鉆桿(4)回退，一次性鉆頭鉆帽(2)與一次性鉆頭鉆體(3)脫離，逐漸將鉆桿(4)全部退出，用注漿管固結(jié)料(10)將注漿管(8)與孔口管(9)粘結(jié)，并穿過注漿固結(jié)料(10)設(shè)置固管注漿管(12)，在注漿管(8)和固管注漿管(12)上分別設(shè)置注漿管止?jié){閥(13)和固管注漿管止?jié){閥(14); 第三步，固結(jié)注漿管:通過固管注漿管(12)向鉆孔(I)注漿，同時打開注漿管止?jié){閥(13)，注漿至漿液由出漿孔(7)溢出并從注漿管(8)孔口返出，停止注漿并關(guān)閉固管注漿管止?jié){閥(14)，等待注漿管(8)與注漿鉆孔(I)固化； 第四步，對特定地層注漿:在注漿管(8)與注漿鉆孔(I)完全固化后，通過注漿管(8)向鉆孔(I)內(nèi)注漿，漿液由設(shè)置在注漿管(8)上的出漿孔(7)進入待注漿的地層，因出漿孔(7)僅在設(shè)計層位的注漿管(8)段有，因此可實現(xiàn)對特定地層的注漿。
【文檔編號】E21F17/00GK103643994SQ201310703769
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】徐拴海, 李雄偉, 邢龍龍, 吳璋, 王曉東, 楊永健 申請人:中煤科工集團西安研究院有限公司