[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

说明书

一种基于定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法，充分利用定向钻探技术所具有的钻孔轨迹可控制、揭露采空区效率高、地面适应性强、钻探工程量小、固管材料消耗少、劳动强度低等优势，为煤矿采空区地质灾害治理工作开辟了一条创造性的新途径。本发明通过斜直段、造斜段之后水平进入煤层，水平钻探过程中遇到煤柱继续钻进，遇到采空区时，回收钻杆，进行注浆，待充填浆液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，在固结的人造地质体中继续钻进，当成孔过程中再次进入采空区时再进行注浆充填。由此，本发明在保证小煤窑采空区注浆治理效果的前提下大大减少了工程量、降低了工程造价，极具创新性，且应用范围广泛，市场前景更佳。

技术领域

本发明涉及采空区地质灾害防治的技术领域，尤其涉及一种基于定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法。

背景技术

小煤窑采空区一般指煤矿开采后形成的采空范围较窄、开采深度较浅(多在100m范围内，最深可达200m～300m)、平面延伸在200m以内，以巷道采掘并向两边开挖支巷道、分布无规律或呈网格状、大多无支撑的或临时简单支撑的采空区。自20世纪80年代煤炭大面积开采以来，煤炭资源遭受疯狂开采，形成了大量的小煤窑采空区。随着我国城镇化、现代化进程的加快，建设用地问题日益突出，大量的基础建设如公路、铁路、桥梁、隧道、水库大坝、电厂、选煤厂、煤矿工业场地、高层及超高层等建(构)筑物不得不建设在小煤窑采空区上。

当在小煤窑采空区地表进行建(构)筑物建设时，下伏采空区会因为地表荷载或其它外力作用重新活化，进一步失稳，引发地表移动和变形，进而导致地表建(构)筑物开裂、倾斜、破坏甚至倒塌等灾害。为了保证上部建(构)筑物的安全建设及运营，必须对下伏小煤窑采空区进行治理。

由于小煤窑开采过程中无规划、回采率低、随意私采偷采、越界开采、无资料或资料不准确，在现有技术手段下，无法对其进行清楚定位和圈定开采范围。因此目前小煤窑采空区治理最常用的处理方法为地面垂直钻孔2对采空区进行充填注浆加固。如图1所示，对多个煤柱1之间的采空区进行注浆处理，需要在地面向下进行多个垂直打孔3，该些垂直打孔需要穿过第四系地层4、基岩层5进入采空区2，才能实现充填注浆加固，但该方法存在以下严重问题：

①工程量大，工程造价高。由于小煤窑的采空区2的范围无法准确确定，为了保证治理效果，更多的实现采空区注浆，在治理过程只能采用在整个区域内按阵列状进行均匀布置钻孔，钻孔间距一般为10～25m，这就造成在一个区域内需要大规模的垂直打孔，导致整体的工程量非常大，工程造价也非常高。

②无效钻孔比例较大。如图1所示，垂直钻孔3以点的形式探测揭露采空区，存在很大的不确定性和偶然性，垂直钻孔3进入目的层位未能揭露采空区时，则该钻孔注浆量非常小，对采空区治理作用甚微，只能垂直钻孔3准确进入采空区2才能达到治理目的。因此，在钻探注浆治理导致钻探工程中存在很大一部分无效的垂直钻孔3。根据以往工程案例的统计，无效钻孔比例至少高达70％以上，导致大量的钻探工程成为无效工程，钻探成本浪费了至少70％。

③固管工作及材料消耗量大。垂直钻探注浆中，由于覆盖层4为松散层，浆液进入该层会导致地表抬升等不良现象，为防止浆液注入该层位，常采用下入无缝钢管固孔。由于钻孔数量大，每个钻孔都需要进行固管工作，导致钢管材料消耗量巨大，大大提高工程造价。

④在一些地表条件比较复杂的区域，如既有建(构)筑物、水体、地形起伏较大、林地等地表障碍物区域，垂直钻孔施工存在搬家难度大、延误工期等问题。同时，考虑覆岩移动角影响范围以及安全保护带宽度，采空区治理面积往往远超出拟建建(构)筑物的征地范围，造成临时征地问题。

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，研究设计出一种基于定向钻探工艺的小煤窑采空区注浆方法，以克服上述缺陷。

发明内容