一种煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法

本发明涉及矿山地质探查，尤其涉及一种煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法。

背景技术：

1、目前煤矿采空区导水裂缝带发育高度常采用钻探期间钻孔冲洗液的漏失量多少来判定，但由于西部矿区侏罗系-白垩系弱胶结地层具有较强的水敏性，遇钻探清水后钻孔在水岩作用下出现垮孔缩颈，影响后期观测孔壁裂隙，甚至造成卡钻、埋钻等施工事故，无法正常获取钻孔冲洗液漏失量。

2、为此，亟需提供一种煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，以解决现有技术存在的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，包括以下步骤：

3、s1、钻孔施工，钻孔施工采用钻车进行，钻孔过程中通过高压力风排出钻孔内产生的钻屑；钻车上安装大功率的空气压缩机提供强有力的排渣风源；

4、s2、钻孔孔壁探查，观察钻孔孔壁岩石破碎和裂隙发育情况；

5、s3、开展注水试验，在恒定压力条件下，选择由下往上分段注水的方式进行；

6、s4、根据注水试验得到的各试验段的注水流量数据，绘制试验范围内钻孔注水漏失量变化图，并结合钻孔孔壁探查结果，判定采后导水裂缝带发育高度顶界面范围。

7、优选的，所述钻孔施工过程中需对孔口进行加固；采用向钻孔内下入无缝钢管，并在无缝钢管的外壁和钻孔的孔壁之间填充水泥的方式进行。

8、优选的，所述钻孔孔壁探查采用彩色电视成像测试仪器进行。

9、优选的，所述彩色电视成像测试仪器包括主控箱、手自一体式绞车、测井线缆和双摄像机旋转探头；

10、利用所述彩色电视成像测试仪器进行的钻孔孔壁探查具体过程如下：

11、s2.1、彩色电视成像测试仪器的组装；

12、将缠有测井线缆一端的手自一体式绞车放置在地面钻孔附近，测井线缆另一端绕过手自一体式绞车的深度计数滑轮并与双摄像机旋转探头连接，并将双摄像机旋转探头垂直下放至钻孔的孔口中部位置，当双摄像机旋转探头的底部与钻孔的孔口齐平后，在主控箱上对双摄像机旋转探头的深度进行清零调校，并以此为观测起点；

13、s2.2、进行钻孔孔壁探查；

14、s2.2.1、通过主控箱控制双摄像机旋转探头的升降，并对双摄像机旋转探头的拍摄角度进行调节；

15、s2.2.2、当观察到钻孔孔径形状不规则或孔壁挂石现象，双摄像机旋转探头停止下降，并对孔壁裂隙情况进行360°环绕录像拍摄；

16、s2.2.3、录像拍摄完成后，继续下放双摄像机旋转探头；

17、s2.2.4、重复步骤s2.2.2-s2.2.3，直至到钻孔孔底为止；

18、s2.2.5、提升测井线缆，回收双摄像机旋转探头。

19、优选的，所述双摄像机旋转探头设置有底部俯瞰摄像头和侧向旋转摄像头；所述底部俯瞰摄像头的四周设置有若干颗高亮灯珠，所述侧向旋转摄像头的上下两侧均设置有若干颗led强光源灯珠，若干颗所述led强光源灯珠沿所述双摄像机旋转探头的周向等间距设置。

20、优选的，所述双摄像机旋转探头的外壁上设置有扶正器，所述扶正器与钻孔的孔壁接触。

21、优选的，所述扶正器包括套设在所述双摄像机旋转探头的外壁上的两个套环，所述套环上沿周向等间距开设有若干个卡槽，两所述套环上的所述卡槽对应设置；两所述套环上相对设置的两个所述卡槽之间卡接有高弹性不锈钢薄片，高弹性不锈钢薄片与钻孔的孔壁接触。

22、优选的，所述注水试验采用上行式分段注水试验系统进行。

23、优选的，所述上行式分段注水试验系统包括地面注水装置、钻杆推送装置、钻杆和试验装置；

24、利用所述上行式分段注水试验系统进行的注水试验包括以下步骤：

25、s3.1、上行式分段注水试验系统的组装；

26、将试验装置安装在钻杆的底部，通过钻杆推送装置将试验装置推送至钻孔的孔底，记录下试验段深度；地面注水装置通过注水管路连接到钻杆顶部的注水接头上，注水管路为耐高压胶管，耐高压胶管上安装流量表和压力表；

27、s3.2、利用试验装置上的封孔囊袋对钻孔进行封孔；

28、地面注水装置通过钻杆向试验装置上的封孔囊袋中注水，此时，试验装置中的单向双路换向阀与封孔囊袋为连通状态；封孔囊袋的内部达到指定压力后，断开单向双路换向阀与封孔囊袋之间的连通状态，并记录下此时地面注水装置中的流量表数据q1；

29、s3.3、进行第一试验段注水试验；

30、将单向双路换向阀切换至试验装置中注水试验段的水路管道，通过地面注水装置进行注水，同时记录注水时间t1；注水结束后，记录注水时间t2，注水所需时间为t2-t1，同时记录流量表数据q2，计算该段单位时间平均注水流量为(q2-q1)/(t2-t1)；

31、s3.4、利用钻杆推送装置提升钻杆和试验装置，进行钻孔上部的第二试验段注水试验，具体操作按照s3.2和s3.3执行；

32、以此循环反复操作，直至注水试验到钻孔孔壁探查观察到的非裂隙发育区域为止；记录各试验段注水前和注水结束后流量表数据和注水时长，计算出各段单位时间平均注水流量(qn+1-qn)/(tn+1-tn)。

33、优选的，所述钻杆与所述试验装置之间安装过滤器，所述过滤器用于过滤进入单向双路换向阀内的水中的杂质。

34、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

35、1、本发明与以往工作面开采后导水裂缝带发育高度探查的钻孔施工工艺不同，本发明钻孔采用高压风排渣成孔工艺方法，未使用循环钻孔冲洗液来携带钻屑至地面排出。从而避免弱胶结软岩层，因较强的水敏性、遇水易崩解的特性，导致的钻孔施工结束后无法保证钻孔结构的完整性，以及钻孔过程中可能会出现的孔壁岩层垮落造成的卡钻、埋钻事故。此外，本发明还能较好地吹去部分附着在孔壁表面的岩粉，使得钻孔孔壁表面的裂隙纹理暴露的更清晰，便于对钻孔孔壁的探查。

36、2、通过上行式分段注水试验系统获取各试验段注水量，有效弥补了钻孔期间无法获取钻孔冲洗液漏失量的问题。而且本发明通过单向双路换向阀相继完成两端封孔囊袋的膨胀封堵以及注水试验段的水路管道的注水工作，使得试验工作安全集成高效。

技术特征：

1.一种煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，所述钻孔(6)施工过程中需对孔口进行加固；采用向钻孔(6)内下入无缝钢管，并在无缝钢管的外壁和钻孔(6)的孔壁之间填充水泥的方式进行。

3.根据权利要求1所述的煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，所述钻孔(6)孔壁探查采用彩色电视成像测试仪器进行。

4.根据权利要求3所述的煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，所述彩色电视成像测试仪器包括主控箱(2)、手自一体式绞车(3)、测井线缆(5)和双摄像机旋转探头(7)；

5.根据权利要求4所述的煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，所述双摄像机旋转探头(7)设置有底部俯瞰摄像头(13)和侧向旋转摄像头(11)；所述底部俯瞰摄像头(13)的四周设置有若干颗高亮灯珠(14)，所述侧向旋转摄像头(11)的上下两侧均设置有若干颗led强光源灯珠(12)，若干颗所述led强光源灯珠(12)沿所述双摄像机旋转探头(7)的周向等间距设置。

6.根据权利要求4所述的煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，所述双摄像机旋转探头(7)的外壁上设置有扶正器，所述扶正器与钻孔(6)的孔壁接触。

7.根据权利要求6所述的煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，所述扶正器包括套设在所述双摄像机旋转探头(7)的外壁上的两个套环(9)，所述套环(9)上沿周向等间距开设有若干个卡槽，两所述套环(9)上的所述卡槽对应设置；两所述套环(9)上相对设置的两个所述卡槽之间卡接有高弹性不锈钢薄片(10)，高弹性不锈钢薄片(10)与钻孔(6)的孔壁接触。

8.根据权利要求1所述的煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，所述注水试验采用上行式分段注水试验系统进行。

9.根据权利要求8所述的煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，所述上行式分段注水试验系统包括地面注水装置、钻杆推送装置、钻杆(22)和试验装置；

10.根据权利要求9所述的煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，其特征在于，所述钻杆(22)与所述试验装置之间安装过滤器(23)，所述过滤器(23)用于过滤进入单向双路换向阀(24)内的水中的杂质。

技术总结本发明公开一种煤矿弱胶结地层采后导水裂缝带发育高度探查方法，包括钻孔施工、钻孔孔壁探查和开展注水试验等步骤；钻孔施工采用钻车进行，钻孔过程中通过高压力风排出钻孔内产生的钻屑；钻车上安装大功率的空气压缩机提供强有力的排渣风源；观察钻孔孔壁岩石破碎和裂隙发育情况；在恒定压力条件下，选择由下往上分段注水的方式进行；根据注水试验得到的各试验段的注水流量数据，绘制试验范围内钻孔注水漏失量变化图，并结合钻孔孔壁探查结果，判定采后导水裂缝带发育高度顶界面范围。本发明解决了钻孔冲洗液对弱胶结岩层造成破坏的问题，通过上行式分段注水试验系统获取各试验段注水量，有效弥补了钻孔期间无法获取钻孔冲洗液漏失量的问题。技术研发人员：李文平,朱敬忠,杨志,王启庆,李小琴受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20