[发明专利]一种提高地面定向钻跟层率的微量元素方法

说明书

本发明公开了一种提高地面定向钻跟层率的微量元素方法，包括取原岩各分层样，并对样品进行微量元素背景值测试；取待判的岩粉(屑)样品，测试岩粉(屑)的微量元素含量；将待判的岩粉(屑)微量元素与元素背景值对比，进而识别出岩粉(屑)来自原岩的哪个分层；结合采样计时、冲洗液流速等参数确定钻头位置，指导钻进方向向注浆目标岩层中心逼近。本发明的有益效果：确保地面定向钻注浆“跟层率”达到设计要求。该技术岩粉(屑)微量元素源解析，连续监控钻头跟层状态，适时进行钻头方向调整，能最大限度保障设计注浆跟层率，不受岩层厚度和倾角变化的影响。

技术领域

本发明涉及一种提高地面定向钻跟层率的微量元素方法，以准确指导地面定向钻紧跟目标层进行钻进和注浆，确保设计注浆堵水效果。

背景技术

在华北煤田石炭-二叠纪煤系地层底板以下赋存一套碳酸盐岩含水层，由石炭纪太原组灰岩(简称“太灰”)和奥陶纪灰岩(简称“奥灰”)组成，太灰与奥灰统称为“底板灰岩”。该底板灰岩富水性强，水压高，一旦突出，来势凶猛，突水量大，可在很短的时间内造成淹井事故。

从统计资料看，华北煤田95％以上的特大型淹井事故均因底板灰岩水突水所致。如河北开滦范各庄矿1984年的“6.2”底板灰岩水淹井事故，最大突水量123180m³/h，死亡11人；安徽皖北任楼矿1996年的“3.4”底板灰岩水淹井事故，最大突水量34571m³/h；安徽淮北桃园矿2013年的“2.3”底板灰岩水淹井事故，最大突水量29000m³/h，1人遇难。一次淹井事故对于煤矿来说，可谓“灭顶之灾”，单从经济损失上讲，通常是以数亿元甚至数十亿元计。因此，底板灰岩水水害防治一直是华北煤田煤矿防治水的重点。

从图1可以看出，华北煤田二叠纪山西组(P_1s)下组煤(10#煤层)底板与太灰之间发育一层底板隔水层(即原始底隔)，平均厚50m(即图2中的M₀(即原始底隔厚度)，岩性为海相泥岩与砂泥岩互层；该隔水层的下伏地层为石炭纪太灰(C_3t)，平均厚120m，由12～13层薄层灰岩及灰岩层之间的砂泥岩夹层所组成，其中三灰(以下简称“L₃灰”)和四灰(L₄)厚度较大，岩溶、裂隙较发育，偶见溶洞，富水性较强，对10#煤层安全开采构成严重威胁；太灰地层的下伏地层为奥灰，厚度大于500m，其浅部的马家沟组(O_2m)灰岩溶洞、裂隙极其发育，甚至发育岩溶陷落柱，且补给源充分，可谓是华北煤田煤系地层下伏的“汪洋大海”，对10#煤层安全开采的威胁最为严重。

在底板灰岩水上采煤，国家《煤矿防治水规定》对突水系数Ts(如下式)有严格要求，即在受构造破坏块段，Ts不大于0.06Mpa/m；在正常块段，Ts不大于0.1Mpa/m。

式中：P—底板隔水层所承受的水头压力/Mpa(图2)；

M—底板隔水层厚度/m。

为了消除底板灰岩水的威胁，防治水技术主要有两点：

(1)疏水降压，就是通过在井下对底板灰岩施工疏放孔，进行放水，将底板灰岩水作用于煤层底板隔水层的压力P降低到安全值；但由于存在排水成本高、严重破坏水资源及地下水系统平衡、且不能确保不发生水害或水害事故，因而该方法多年来已很少使用。