多分支水平井结构及注浆防水害方法与流程

本发明涉及煤矿防水害。

背景技术：

1、煤矿水害是指在煤矿开采过程中，由于地下水的渗漏、涌出或煤层开采引起的地质构造变化等因素导致的水灾。

2、煤矿水害威胁到矿工的生命安全，容易损坏矿井设备，造成生命财产损失，导致生产受阻，还可能导致地下水受到污染，对周边环境造成破坏。

3、因此，预防和治理煤矿水害是煤矿作业中的重要任务。地下水源渗漏或涌入煤矿井下是一种常见的煤矿水害类型。

4、灰岩层是指在煤层上下或周围存在的一种岩层，灰岩是由碳酸钙为主要成分的沉积岩，具有较高的孔隙度和渗透率，还可能因被水侵蚀和溶解而形成裂隙甚至溶洞，造成水害。因此，对于煤矿灰岩层进行注浆封堵是煤矿常见的防水害措施。

5、注浆封堵在注浆液固化后填充灰岩层中的孔隙和裂隙，减少水分的渗透和流动，减少地下水的渗漏和涌出，从而达到防水害的目的，保障煤矿安全生产。

6、煤矿泥岩层和砂岩层的孔隙度和渗透性较低，在泥岩层和砂岩层注浆封堵的效果远不如在灰岩层注浆封堵防水害的效果显著，因而现有技术中，防水害主要是在灰岩层注浆封堵（哪里薄弱补哪里）。

7、现有的灰岩层注浆封堵措施主要采用多分支水平井注浆技术，即在灰岩层中钻出主孔和与主孔相连接的分支孔，通过主孔和分支孔使浆液较为均匀地扩散到灰岩层各处。多分支水平井注浆技术因其施工成本低、环境污染小、隔水效果好等特点，被广泛应用于煤矿水害治理中。

8、现有的灰岩层多分支水平井注浆技术具有如下特点：

9、虽然浆液容易扩散到整个灰岩层、全域覆盖性好，但相应的浆液扩散的面积容易过大，超出煤矿防水害需要的防水面积，这样就导致注浆量很大，工程量大，注浆封堵成本很高。现有技术中无法解决灰岩层注浆封堵注浆量大的问题，默认想要实现灰岩层注浆封堵防水害就需要承担目前的注浆量和注浆成本。另外，现有的灰岩层多分支水平井注浆技术还容易出现注浆盲区。

10、本发明的创新思路是：

11、1、增设锁边孔。先对锁边孔注浆，在锁边孔附近形成锁边区域，锁定注浆封堵的区域，再对主孔和分支孔注浆，这样对主孔和分支孔注浆时，浆液突破锁边区域向外流失量就大幅减少，避免浆液使用量过大。锁边孔注浆相比现有技术，能够显著降低注浆盲区的现象。

12、2、仅采用上述手段还不行，因为对锁边孔注浆封堵、形成锁边区域时，浆液也会向外流失。本发明结合了独创的压力梯度注浆的技术思路（现有技术中，对灰岩层所有钻孔注浆的压力都是统一的），对锁边孔进行降压注浆，这样浆液凝固后的密实度虽然小于主孔和分支孔附近的浆液凝固后的密实度，但仍然具有很强的锁边功能，大幅减少主孔和分支孔正常注浆时浆液向锁边区域外渗漏的量。当然，主孔和分支孔正常注浆时，锁边区域得到一定的浆液补充，这部分浆液凝固后，锁边区域的密实度得到增强，渗透性进一步降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于落实上述创新思路，提供一种多分支水平井结构，通过锁边孔锁边技术减少注浆过程中的浆液散失量，降低工程量和注浆封堵成本，降低存在注浆盲区的概率。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多分支水平井结构，其钻孔包括立孔段、造斜段和水平段，水平段位于待封堵的灰岩层区域，灰岩层位于煤层的上方或下方，将待封堵的灰岩层区域称为封堵目标区域；

3、水平段钻孔包括沿封堵目标区域的中部延伸的主孔，主孔两侧对称连接有若干分支孔，分支孔与主孔相通；主孔两侧设有锁边孔，以浆液在主孔中的前进方向为前向，锁边孔的后端与主孔相连接；锁边孔沿封堵目标区域的边缘延伸并将主孔和分支孔围护在内；

4、工作人员预定的主孔和分支孔的注浆压力为p，锁边孔对应的注浆压力为0.1p－0.3p。

5、本发明还公开了利用上述多分支水平井结构进行的注浆防水害方法，按以下步骤进行：

6、第一步骤是钻孔，先垂直钻孔形成立孔段，再倾斜钻孔形成造斜段，最后水平钻孔形成水平段；

7、第二步骤是锁边孔注浆锁边；工作人员操作注浆设备向锁边孔注浆；预定的主孔和分支孔的注浆压力为p，锁边孔的注浆设置为0.1p－0.3p；将锁边孔内的压力维持在预定的注浆压力0.5－3小时后，关闭注浆设备；待锁边孔处的浆液凝固后，在封堵目标区域的边缘处形成锁边层，此时进行第三步骤；

8、第三步骤是主孔和分支孔注浆；工作人员操作注浆设备先向主孔注浆，达到预定的注浆压力p后，向各分支孔注浆；向各分支孔注浆的顺序是由前向后注浆；待最后一个分支孔的注浆压力达到预定的注浆压力p后，维持注浆压力0.5－5小时，关闭注浆设备，结束注浆。

9、本发明具有如下的优点：

10、本发明通过锁边孔注浆对封堵目标区域的边缘处进行注浆封堵，从而既能减少甚至消除注浆盲区，又能防止封堵目标区域的中部以较高压力注浆时，浆液大量向封堵目标区域以外扩散，避免浆液使用量过大，显著降低注浆封堵防水害的成本，浆液用量小也减轻了环境污染。

11、本发明的注浆防水害方法不是直接向主孔和分支孔注浆，而是先以较低压力向锁边孔注浆，此时注浆压力较低，浆液向封堵目标区域外的扩散量较少；锁边层形成后，大幅降低了锁边层处的渗透性，此时再以正常的注浆压力向主孔和分支孔注入浆液，浆液也会因锁边层的阻挡而穿过锁边层向封堵目标区域外扩散（之所以不考虑竖向扩散，是因为竖向相邻的地层往往是泥岩层，而泥岩层本身的渗透性就很差，没有强水流的冲击不会受到破坏），这样就从整体上大幅降低了向灰岩层注浆防水害时扩散到封堵目标区域外的浆液量，节约浆液用量，减少工程量，降低注浆成本。

12、在同样的主孔和分支孔的注浆压力p下，有锁边层时，主孔和分支孔注浆时封堵目标区域内的实际浆压更高（因为没有锁边层时此处的浆液压力会顺利向外泄漏），因而在同样的主孔注浆压力下注浆完毕后，封堵目标区域内的密实度相比没有锁边层时更高，浆液凝固后封堵目标区域的渗透性更低，隔水效果更好，提高防水害性能。

技术特征：

1.多分支水平井结构，其钻孔包括立孔段、造斜段和水平段，水平段位于待封堵的灰岩层区域，灰岩层位于煤层的上方或下方，将待封堵的灰岩层区域称为封堵目标区域；

2.利用权利要求1中所述多分支水平井结构进行的注浆防水害方法，其特征在于按以下步骤进行：

技术总结本发明公开了一种多分支水平井结构，其钻孔包括立孔段、造斜段和水平段；水平段位于待封堵的灰岩层区域，包括主孔，主孔两侧对称连接有若干分支孔，主孔两侧设有锁边孔，锁边孔沿封堵目标区域的边缘延伸并将主孔和分支孔围护在内；工作人员预定的主孔和分支孔的注浆压力为P，锁边孔对应的注浆压力为0.1P－0.3P。本发明还公开了相应的注浆防水害方法。本发明通过锁边孔注浆对封堵目标区域的边缘处进行注浆封堵，从而既能减少甚至消除注浆盲区，又能防止封堵目标区域的中部以较高压力注浆时，浆液大量向封堵目标区域以外扩散，避免浆液使用量过大，将灰岩层改造为等效隔水层，显著降低注浆封堵防水害的成本，浆液用量小也减轻了环境污染。技术研发人员：马文超,张新过,高保彬,李少华,丁亚恒,宋少鹏,孙若淞,李宁,陈亦煊,聂东方,庞闯,李立成,席志奇,耿颇,牛高杰,曹蓓,王钦东,练玲玲,代洪浩,张南,裴博博受保护的技术使用者：永煤集团股份有限公司新桥煤矿技术研发日：技术公布日：2024/6/20