本發(fā)明屬于煤礦開采領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法。
背景技術：
煤礦開采過程中，由于豎向強導水通道將奧灰水與太灰上段薄灰?guī)r水溝通導致綜采面發(fā)生底板特大突水事故，豎向強導水通道包括斷層、陷落柱等地質構造，這種地質構造的特點可概述為：薄層灰?guī)r—豎向隱伏導水構造—基底奧灰強富水；現(xiàn)有技術治理的方法主要是采用井下常規(guī)鉆孔注漿對下伏石炭系太原組三灰含水層進行治理，但是井下注漿施工難度大、效率低，治理后短時間可以阻擋底板下的水涌出，隨著開采深度的加深，綜采面仍然會發(fā)生底板突水事故，很難根治，甚至在深采過程中，會反復出現(xiàn)突水導致事故的發(fā)生，并且地面鉆孔治理奧灰含水層由于奧灰埋深大，防治水成本高，同時奧灰厚度大，鉆探技術相對較低，在礦井采深越來越大，水壓不斷增高時，極易發(fā)生有奧灰水參與的礦井特大突水事故，造成礦井災害和重大損失。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種避免奧灰水參與的礦井突水事故保證礦井開采安全的地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：所提供的一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法，包括地面鉆孔至疑似出水點，然后通過鉆孔注漿，其中鉆孔包括主孔和分支孔，所述的主孔設有直孔段和定向順層段，直孔段和定向順層段之間還設有定向導斜段，所述的分支孔設有一級分支孔和二級分支孔。
本發(fā)明公開的一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法，主孔的直孔段套接表層套管，定向導斜段套接技術套管，定向順層段為裸孔段；主孔的直孔段從地面延伸至孔深110～120m，表層套管從地面延伸至基巖以下20m，水泥固井，隔離第四系表土地層，技術套管延伸至煤層底板以下約30m，至一灰頂部海相泥巖，接近順層，水泥固井；定向順層段為裸孔段，延伸至三灰順層。
本發(fā)明公開的一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法，一級分支孔和二級分支孔均在三灰順層內定向鉆進。
本發(fā)明公開的一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法，一級分支孔的一端位于主孔二開定向導斜段靠近一開直孔段的根部，一級分支孔沿順層近水平延伸，分支孔端部的連線呈扇形，分支孔端部的間距為50～80m；二級分支孔從其所屬一級分支孔遠離主孔一端的端部沿順層近水平延伸穿插多個層理結構面。
本發(fā)明公開的一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法，主孔設置的一級分支孔為2個，二級分支孔為7個。
本發(fā)明公開的一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法，通過鉆孔注漿，是通過鉆孔將水泥漿液或者水泥和粉煤灰混合漿液采用高壓注入加固含水層，注漿壓力為受注點靜水壓力的1.5～3.5倍，注漿終止壓力為靜水壓力的3.5～4倍，將三灰含水層改造為隔水層，阻隔三灰及三灰下含水層水。
采用本發(fā)明的技術方案，徹底改造突水水文地質條件，根治直接充水水源，截斷或者阻塞突水通道、阻止間接突水水源，防治深部高承壓、強富水含水層水上開采難題的鉆進注漿的方法，本發(fā)明的技術方案實現(xiàn)了注漿壓力大、加固改造區(qū)域廣、全面堵塞太灰與奧灰含水層隱伏導水通道；采用了注漿壓力由小到大、粉煤灰與水泥不同配比(顆粒由粗到細)注漿工藝；在采掘工程施工前，針對天然巖體，選擇距煤層底板適宜的薄層灰?guī)r為目的層，采用地面定向孔沿目標含水層順層鉆進，高壓注漿，大范圍改造薄灰?guī)r直接充水層和封堵隱伏導水通道，隔斷基底奧灰水源，達到超前區(qū)域防治、實現(xiàn)安全掘進和回采的水害防治目的。
主孔方向盡可能沿垂直優(yōu)勢構造、裂隙方向布置，各級分支孔方向盡可能沿垂直水平方向最大主應力方向布置，注漿根據(jù)鉆孔壓力確定，不僅將漿液注入到煤層底板適宜的薄層灰?guī)r，隔斷基底奧灰水源，達到超前區(qū)域防治，同時，注漿材料的選擇、漿液配比的選取、注漿壓力的控制保證注漿效果，從而保證注漿對底板進行加固，提高注漿材料的利用率，采用本發(fā)明的技術方案，完成封堵隱伏導水通道，基底奧灰強大水源被阻斷，保證深層開采的安全。
以下將結合附圖和實施例，對本發(fā)明進行較為詳細的說明。
附圖說明
下面對本說明書各幅附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明：
圖1為本發(fā)明一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法的鉆孔主孔示意圖。
圖中標記為：1、直孔段；2、定向導斜段；3、定向順層段；4、表層套管；5、技術套管；6、煤層底板；7、一灰；8、隱伏導水通道；9、順層。
具體實施方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域的技術人員對本發(fā)明的發(fā)明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
圖1為本發(fā)明一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法的示意圖；如圖所示的本發(fā)明一種地面定向順層鉆孔注漿加固薄層灰?guī)r的方法，包括地面鉆孔至疑似出水點，然后通過鉆孔注漿，其中鉆孔包括主孔和分支孔，主孔設有直孔段1和定向順層段3，直孔段1和定向順層段3之間還設有定向導斜段2，主孔的直孔段1套接表層套管4，定向導斜段2套接技術套管5，定向順層段3為裸孔段；分支孔設有一級分支孔和二級分支孔；主孔的直孔段1從地面延伸至孔深110～120m，表層套管4從地面延伸至基巖以下20m，水泥固井，隔離第四系表土地層，技術套管5延伸至煤層底板6以下約30m，至一灰7頂部海相泥巖，接近順層9，水泥固井；定向順層段3為裸孔段，延伸至三灰順層；一級分支孔和二級分支孔均在三灰順層9內定向鉆進；一級分支孔的一端位于主孔二開定向導斜段2靠近一開直孔段的根部，一級分支孔沿順層9近水平延伸，分支孔端部的連線呈扇形，分支孔端部的間距為50～80m；二級分支孔從其所屬一級分支孔遠離主孔一端的端部沿順層9近水平延伸穿插多個層理結構面；主孔設置的一級分支孔為2個，二級分支孔為7個。
通過鉆孔注漿，是通過鉆孔將水泥漿液或者水泥和粉煤灰混合漿液采用高壓注入加固含水層，注漿壓力為受注點靜水壓力的1.5倍，漿液壓力為4MPa時，主要充填含水層的天然裂隙，同時注漿段局部向三灰頂板擴散，擴散半徑大約13m；當注漿孔穿斷層時，漿液主要沿斷層擴散，擴散距離為一級分支孔端部的間距大約60m。
注漿壓力為受注點靜水壓力的2.5倍，漿液壓力增加至8MPa時，隨著壓力的不斷提升，漿液的擴散距離逐漸增大，同時在注漿壓力作用下，軟弱結構面開始擴張，尤其是層面、斷層帶及二者接觸帶，漿液沿二級分支孔擴散，擴散至二級分支孔的中部，半徑大約30m。
注漿壓力為受注點靜水壓力的3倍，漿液壓力增加至10MPa時，隨著壓力的增加，含水層薄弱部位的應力與抗拉強度被克服，沿著垂直于主應力平面上發(fā)生劈裂形成充填裂縫，起裂方向與較大主應力的方向大體一致。隨著漿液的填充，含水層被進一步加固，漿液沿二級分支孔繼續(xù)擴散至端部，擴散半徑為二級分支孔端部的間距大約為50m。
注漿壓力大于受注點靜水壓力的3.5倍，漿液壓力增加至12MPa時，原始裂隙以及劈裂形成的裂縫被漿液填充到比較充分的程度，隨著壓力的上升，充填變得密實，擴散半徑沒有顯著增加，漿液擴散半徑大約55m，但斷層與煤層的接觸帶漿液流量增加。
注漿總壓應不小于受注含水層最大靜水壓力，本次注漿改造目的層三灰含水層靜水壓力約為4～6MPa，為提高注漿效果，注漿終壓定為不小于靜水壓力的4倍，本次選用的最大注漿壓力是終壓孔口壓力10～12MP。
通過鉆孔注漿加固含水層后，對工作面進行了音頻電透視探查，原富水異常區(qū)基本消失，將三灰含水層改造為隔水層，阻隔三灰及三灰下含水層水。
采用本發(fā)明的技術方案，徹底改造突水水文地質條件，根治直接充水水源，截斷或者阻塞突水通道、阻止間接突水水源，防治深部高承壓、強富水含水層水上開采難題的鉆進注漿的方法，本發(fā)明的技術方案實現(xiàn)了注漿壓力大、加固改造區(qū)域廣、全面堵塞太灰與奧灰含水層隱伏導水通道8；采用了注漿壓力由小到大、粉煤灰與水泥不同配比(顆粒由粗到細)注漿工藝；在采掘工程施工前，針對天然巖體，選擇距煤層底板6適宜的薄層灰?guī)r為目的層，采用地面定向孔沿目標含水層順層9鉆進，高壓注漿，大范圍改造薄灰?guī)r直接充水層和封堵隱伏導水通道8，隔斷基底奧灰水源，達到超前區(qū)域防治、實現(xiàn)安全掘進和回采的水害防治目的。
主孔方向盡可能沿垂直優(yōu)勢構造、裂隙方向布置，次主孔方向盡可能沿垂直水平方向最大主應力方向布置，注漿根據(jù)鉆孔壓力確定，不僅將漿液注入到煤層底板6適宜的薄層灰?guī)r，隔斷基底奧灰水源，達到超前區(qū)域防治，同時，注漿材料的選擇、漿液配比的選取、注漿壓力的控制保證注漿效果，從而保證注漿對煤層底板6進行加固，提高注漿材料的利用率，采用本發(fā)明的技術方案，完成封堵隱伏導水通道8，基底奧灰強大水源被阻斷，保證深層開采的安全。
上面結合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內。