不良钻孔的注浆方法

1.本发明涉及矿井水害防治技术领域，具体而言，涉及一种不良钻孔的注浆方法。


背景技术：

2.目前，在煤矿开采前的地质勘探过程中，钻探往往是最可靠、有效的手段，同时在煤矿开采完成后，还需对勘探时的钻孔进行封闭，以避免其引发矿井水害。但是由于一些煤矿的勘探钻孔施工年代久远，施工技术条件与施工工艺均较差，导致一些勘探钻孔存在封闭不良的隐患，当工作面回采并揭露上述封闭不良的勘探钻孔时，若勘探钻孔沟通了工作面覆岩采空区威胁水体或底板承压含水层威胁水体，则会引发突水现象，严重影响煤矿的开采安全性。
3.在现有技术中，针对上述封闭不良的勘探钻孔需采用额外的水害防治措施，如超前探放水、筑建挡水墙、钻孔注浆加固等措施，以对封闭不良的勘探钻孔进行导水或二次封闭，以避免勘探钻孔在工作面回采过程中引发突水现象，进而提升了煤矿的开采安全性，而钻孔注浆加固措施由于具有覆盖面积大、成本低及工期短等优点，已经成为了最常用的水害防治措施之一，其主要是通过在不良钻孔的周围进行钻孔并注浆，钻孔内的浆液渗透至不良钻孔内，凝固后即可对不良钻孔进行封堵。
4.然而，由于地质运动、勘探钻孔的施工技术较差等原因，而导致勘探钻孔往往会出现不同程度的偏斜，甚至偏斜至钻孔注浆加固措施的防水、堵水覆盖范围之外，进而导致勘探钻孔仍然会引发突水现象，严重影响工作人员的施工安全性。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种不良钻孔的注浆方法，以解决现有技术中针对不良封闭钻孔进行封堵方法的封堵可靠性较差的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种不良钻孔的注浆方法，用于对不良钻孔进行封堵，不良钻孔的注浆方法包括：步骤s1：获取工作面的地质信息和开采信息，获取不良钻孔的勘探信息和测斜数据，获取不良钻孔、工作面、工作面顶板含水层及工作面底板含水层之间的空间位置关系，获取不良钻孔的偏斜轨迹；步骤s2：根据地质信息、开采信息、勘探信息及空间位置关系，计算不良钻孔的涌水量，以确定不良钻孔的突水危险性大小；步骤s3：根据地质信息、开采信息、不良钻孔的偏斜轨迹及不良钻孔的涌水量，对具有突水危险性的不良钻孔进行钻孔注浆施工，以使至少部分不良钻孔位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内；步骤s4：基于岩性参数和/或岩芯参数，评估不良钻孔的注浆方法的封堵效果；其中，钻孔内的至少部分浆液渗透至不良钻孔内，以对不良钻孔进行封堵；勘探信息包括不良钻孔的初孔位置坐标点k，测斜数据包括不良钻孔的偏斜角和方位角中的至少一种。
7.进一步地，步骤s3包括：步骤s11：基于三角函数理论和/或基于地理坐标偏移距理论，根据初孔位置坐标点k和偏斜角、方位角中的至少一种，计算不良钻孔在n个不同深度处
的位置坐标点kn，n＝0,1,2,
…
n，沿不良钻孔的深度方向h，将n个坐标点kn依次连线后形成的连线轨迹为不良钻孔的偏斜轨迹。
8.进一步地，根据地质信息、开采信息及勘探信息，获取不良钻孔、工作面、工作面顶板含水层及工作面底板含水层之间的空间位置关系的方法包括：步骤s12：根据地质信息、开采信息及勘探信息，确定上组煤采空区的位置和开采深度、上组煤采动底板破坏深度、保护岩柱的位置和高度、采煤工作面导水裂缝带的位置和发育高度、工作面的位置和开采深度、工作面采动底板破坏深度、工作面底板含水层的位置和高度、隔水层的位置和高度及不良钻孔的位置和柱状图；步骤s13：在不良钻孔的柱状图上，对上组煤采空区、上组煤采动底板破坏深度、保护岩柱、采煤工作面导水裂缝带、工作面、工作面采动底板破坏深度、工作面底板含水层及隔水层进行标注，以确定不良钻孔、工作面、工作面顶板含水层及工作面底板含水层之间的空间位置关系；其中，工作面顶板含水层为上组煤采空区内的积水。
9.进一步地，步骤s2包括：步骤s21：根据地质信息、开采信息及勘探信息，计算不良钻孔与工作面顶板含水层连通处的最大涌水量a，在最大涌水量a大于或等于50m3/h时，判断工作面顶板含水层通过不良钻孔对工作面具有突水危险性；步骤s22：根据地质信息、开采信息及勘探信息，计算不良钻孔与工作面底板含水层连通处的最大涌水量b，在最大涌水量b大于或等于50m3/h时，判断工作面底板含水层通过不良钻孔对工作面具有突水危险性；其中，最大涌水量的计算公式为：其中，c为谢才系数，n为不良钻孔的糙率，rw为水力半径，a为不良钻孔的横截面积，j为水力坡度。
10.进一步地，步骤s3包括：步骤s31：根据因工作面顶板含水层产生突水危险性的不良钻孔的位置和/或因工作面底板含水层产生突水危险性的不良钻孔的位置、不良钻孔的偏斜轨迹、地质信息及开采信息确定注浆层位的位置；步骤s32：基于注浆设计理论，根据注浆层位的位置和不良钻孔具有突水危险性部分的偏斜轨迹，设计钻孔参数；步骤s33：进行钻孔施工；步骤s34：在钻孔施工完成后，从注浆层位向钻孔内进行注浆。
11.进一步地，在步骤s31中，确定注浆层位的位置的方法包括：步骤s311：在对因工作面顶板含水层产生突水危险性的不良钻孔进行封堵时，第一注浆层位选取在保护岩柱内。
12.进一步地，在步骤s31中，确定注浆层位的位置的方法还包括：步骤s312：在对因工作面底板含水层产生突水危险性的不良钻孔进行封堵时，第二注浆层位选取在工作面底板含水层顶界面以下，第二注浆层位与工作面底板含水层的顶界面之间具有预设距离l，预设距离l满足：0m≤l≤15m。
13.进一步地，步骤s4包括：步骤s41：在钻孔施工完成后，以钻孔的终孔中心轴线为圆心，在半径r范围内的任意位置处钻取第一岩芯，并对第一岩芯的含有物质、完整性岩石质量指标及岩性力学参数进行分析；在分析出第一岩芯中含有不良钻孔内的封堵物质时，判断钻孔已经揭露不良钻孔；在分析出第一岩芯中未含有封堵物质时，判断钻孔未揭露不良钻孔。
14.进一步地，步骤s4还包括：步骤s42：在注浆完成后，以钻孔的终孔中心轴线为圆心，在直径r范围内的任意位置处钻取第二岩芯，并对第二岩芯的含有物质、完整性岩石质量指标及岩性力学参数进行分析。
15.进一步地，在步骤s42中：若钻孔已经揭露不良钻孔且第二岩芯中含有结石体；和/
或，第二岩芯的完整性质量指标大于第一岩芯的完整性质量指标；和/或；第二岩芯的岩性力学参数大于第一岩芯的岩性力学参数；则判断不良钻孔的注浆方法的封堵效果良好。
16.应用本发明的技术方案，不良钻孔的注浆方法用于对不良钻孔进行封堵，当需要对不良钻孔进行封堵时，先获取工作面的地质信息和开采信息，获取不良钻孔的勘探信息和测斜数据，获取不良钻孔、工作面、工作面顶板含水层及工作面底板含水层之间的空间位置关系，获取不良钻孔的偏斜轨迹，再根据地质信息、开采信息、勘探信息及空间位置关系，计算不良钻孔的涌水量，以确定不良钻孔的突水危险性大小。之后，根据地质信息、开采信息、不良钻孔的偏斜轨迹及不良钻孔的涌水量，对具有突水危险性的不良钻孔进行钻孔注浆施工，以使不良钻孔位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内。最后，基于岩性参数和/或岩芯参数，评估不良钻孔的注浆方法的封堵效果。其中，钻孔内的至少部分浆液渗透至不良钻孔内，以对不良钻孔进行封堵；勘探信息包括不良钻孔的初孔位置坐标点k，测斜数据包括不良钻孔的偏斜角和方位角中的至少一种。
17.与现有技术中直接对不良钻孔进行钻孔注浆施工的方法相比，本技术中的不良钻孔的注浆方法在钻孔注浆施工前对不良钻孔的偏斜轨迹进行了分析，并在钻孔注浆施工过程中结合不良钻孔的偏斜轨迹进行钻孔，以使不良钻孔位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内，进而确保不良钻孔能够位于钻孔注浆措施的防水、堵水范围内，较大程度地提升了钻孔注浆措施对不良钻孔的封堵可靠性，进而解决了现有技术中针对不良封闭钻孔进行封堵的方法的封堵可靠性较差的问题，提升了工作人员在对工作面进行回采时的人身安全性。同时，在钻孔注浆施工前还对不良钻孔的涌水量进行了分析，以为后续的钻孔注浆施工提供数据支持，进一步提升了不良钻孔的注浆方法的封堵可靠性。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1示出了根据本发明的不良钻孔的注浆方法的实施例的流程图。
20.图2示出了根据本发明的不良钻孔的注浆方法选取第一注浆层位后的整体结构示意图；
21.图3示出了根据本发明的不良钻孔的注浆方法选取第二注浆层位后的整体结构示意图。
22.其中，上述附图包括以下附图标记：
23.1、不良钻孔；2、上组煤采空区；3、上组煤采动底板破坏深度；4、保护岩柱；41、中砂岩含水层；5、采煤工作面导水裂缝带；6、工作面；61、工作面采动底板破坏深度；7、工作面底板含水层；81、第一注浆层位；82、第二注浆层位；9、隔水层；10、第一钻孔群；11、第二钻孔群。
具体实施方式
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
25.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术
所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
26.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
27.为了现有技术中针对不良封闭钻孔进行封堵的方法的封堵可靠性较差的问题，本技术提供了一种不良钻孔的注浆方法。
28.如图1至图3所示，不良钻孔的注浆方法用于对不良钻孔1进行封堵，不良钻孔的注浆方法包括：
29.步骤s1：获取工作面6的地质信息和开采信息，获取不良钻孔1的勘探信息和测斜数据，获取不良钻孔1、工作面6、工作面顶板含水层及工作面底板含水层7之间的空间位置关系，获取不良钻孔1的偏斜轨迹；
30.步骤s2：根据地质信息、开采信息、勘探信息及空间位置关系，计算不良钻孔1的涌水量，以确定不良钻孔1的突水危险性大小；
31.步骤s3：根据地质信息、开采信息、不良钻孔1的偏斜轨迹及不良钻孔1的涌水量，对具有突水危险性的不良钻孔进行钻孔注浆施工，以使至少部分不良钻孔1位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内；
32.步骤s4：基于岩性参数和/或岩芯参数，评估不良钻孔的注浆方法的封堵效果；
33.其中，钻孔内的至少部分浆液渗透至不良钻孔1内，以对不良钻孔1进行封堵；勘探信息包括不良钻孔1的初孔位置坐标点k，测斜数据包括不良钻孔1的偏斜角和方位角中的至少一种。
34.应用本实施例的技术方案，不良钻孔的注浆方法用于对不良钻孔1进行封堵，当需要对不良钻孔1进行封堵时，先获取工作面的地质信息和开采信息，获取不良钻孔1的勘探信息和测斜数据，获取不良钻孔1、工作面6、工作面顶板含水层及工作面底板含水层7之间的空间位置关系，获取不良钻孔1的偏斜轨迹，再根据地质信息、开采信息、勘探信息及空间位置关系，计算不良钻孔1的涌水量，以确定不良钻孔1的突水危险性大小。之后，根据地质信息、开采信息、不良钻孔1的偏斜轨迹及不良钻孔1的涌水量，对具有突水危险性的不良钻孔进行钻孔注浆施工，以使不良钻孔1位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内。最后，基于岩性参数和/或岩芯参数，评估不良钻孔的注浆方法的封堵效果。其中，钻孔内的至少部分浆液渗透至不良钻孔1内，以对不良钻孔1进行封堵。勘探信息包括不良钻孔1的初孔位置坐标点k，测斜数据包括不良钻孔1的偏斜角和方位角中的至少一种。
35.与现有技术中直接对不良钻孔进行钻孔注浆施工的方法相比，本技术中的不良钻孔的注浆方法在钻孔注浆施工前对不良钻孔1的偏斜轨迹进行了分析，并在钻孔注浆施工过程中结合不良钻孔1的偏斜轨迹进行钻孔，以使不良钻孔1位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内，进而确保不良钻孔1能够位于钻孔注浆措施的防水、堵水范围内，较大程度地提升了钻孔注浆措施对不良钻孔1的封堵可靠性，进而解决了现有技术中针对不良封闭钻孔进行封堵的方法的封堵可靠性较差的问题，提升了工作人员在对工作面进行回采时的人身安全性。同时，在钻孔注浆施工前还对不良钻孔1的涌水量进行了分析，以为后续的钻孔注浆施工提供数据支持，进一步提升了不良钻孔的注浆方法的封堵可靠性。
36.在本实施例中，不良钻孔1为已经进行封堵，但封堵效果不良的钻孔。
37.在本实施例中，工作面6为采煤工作面。
38.在本实施例中，地质信息包括工作面地层综合柱状图和工作面综合水文地质柱状图。
39.在本实施例中，开采信息包括工作面采掘工程布置图(工作面斜长、走线长度等)、煤层开采厚度、开采深度、采动底板破坏深度、采煤工作面导水裂缝带5发育高度、不良钻孔1贯穿的工作面覆岩威胁水体分布范围-水位-水压等参数、不良钻孔1贯穿的工作面底板承压含水层位置-水压等参数、不良钻孔1的柱状图、不良钻孔1的位置、不良钻孔1的测斜数据(偏斜角、方位角等)等。其中，如果采煤工作面导水裂缝带5的发育高度和采动底板破坏深度没有实测值，可参考规范或该区域的经验公式。
40.在本实施例中，采动底板破坏深度包括上组煤采动底板破坏深度3和工作面采动底板破坏深度61。
41.在本实施例中，工作面顶板含水层为工作面覆岩威胁水体。
42.在本实施例中，工作面底板含水层7为工作面底板承压含水层。
43.在本实施例中，步骤s3包括：步骤s11：基于三角函数理论和/或基于地理坐标偏移距理论，根据初孔位置坐标点k和偏斜角、方位角中的至少一种，计算不良钻孔1在n个不同深度处的位置坐标点kn，n＝0,1,2,
…
n，沿不良钻孔1的深度方向h，将n个坐标点kn依次连线后形成的连线轨迹为不良钻孔1的偏斜轨迹。这样，工作人员能够通过该方法计算不良钻孔1在不同深度处的位置坐标点kn，以确定不良钻孔1在不同深度处的偏斜距离，进而确定不良钻孔1的偏斜轨迹，以为后续的钻孔注浆施工提供数据支持。
44.如图2和图3所示，根据地质信息、开采信息及勘探信息，获取不良钻孔1、工作面6、工作面顶板含水层及工作面底板含水层7之间的空间位置关系的方法包括：
45.步骤s12：根据地质信息、开采信息及勘探信息，确定上组煤采空区2的位置和开采深度、上组煤采动底板破坏深度3、保护岩柱4的位置和高度、采煤工作面导水裂缝带5的位置和发育高度、工作面6的位置和开采深度、工作面采动底板破坏深度61、工作面底板含水层7的位置和高度、隔水层9的位置和高度及不良钻孔1的位置和柱状图；
46.步骤s13：在不良钻孔1的柱状图上，对上组煤采空区2、上组煤采动底板破坏深度3、保护岩柱4、采煤工作面导水裂缝带5、工作面6、工作面采动底板破坏深度61、工作面底板含水层7及隔水层9进行标注，以确定不良钻孔1、工作面6、工作面顶板含水层及工作面底板含水层7之间的空间位置关系。其中，工作面顶板含水层为上组煤采空区2内的积水。
47.在本实施例中，工作面顶板含水层为上组煤采空区2内积水，即工作面覆岩威胁水体。
48.如图1所示，步骤s2包括：
49.步骤s21：根据地质信息、开采信息及勘探信息，计算不良钻孔1与工作面顶板含水层连通处的最大涌水量a，在最大涌水量a大于或等于50m3/h时，判断工作面顶板含水层通过不良钻孔1对工作面6具有突水危险性；
50.步骤s22：根据地质信息、开采信息及勘探信息，计算不良钻孔1与工作面底板含水层7连通处的最大涌水量b，在最大涌水量b大于或等于50m3/h时，判断工作面底板含水层7通过不良钻孔1对工作面6具有突水危险性；
51.其中，最大涌水量的计算公式为：
[0052][0053][0054]
其中，c为谢才系数，n为不良钻孔1的糙率，rw为水力半径，a为不良钻孔1的横截面积，j为水力坡度。这样，通过对不良钻孔1与工作面顶板含水层(上组煤采空区2内的积水)和工作面底板含水层7(工作面底板承压含水层)连通处的最大涌水量进行计算，一方面能够确定具有突水危险性的不良钻孔1，以避免工作人员对不良钻孔1的最大涌水量小于50m3/h的部分(即该部分不具有突水危险性)进行封堵，而导致钻孔注浆施工中存在大量非必要施工，进而提升了钻孔注浆施工的速度，节省了大量的人力、物力；另一方面，最大涌水量能够为后续的钻孔注浆施工提供数据支持，进一步提升了钻孔注浆施工的封堵可靠性。
[0055]
在本实施例中，rw的数值为不良钻孔1的半径值的一半，j的数值为水头变化与隔水层厚度的比值。
[0056]
在本实施例中，为计算不良钻孔1的最大涌水量，需假设不良钻孔1内未进行任何封堵，即将不良钻孔1假设为管道，基于此，结合地下水动力学中谢才公式计算钻孔最大涌水量。
[0057]
在本实施例中，步骤s2还包括：
[0058]
步骤s23：对不良钻孔1和工作面顶板含水层之间的导水性进行分析。
[0059]
在步骤s23中，针对工作面顶板含水层(上组煤采空区2内的积水)，按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》，计算防水安全岩柱(保护岩柱4)最大厚度(一般为7倍的煤层开采厚度)，对比采煤工作面导水裂缝带5顶部与上组煤采空区2底部之间的垂直距离，如果采煤工作面导水裂缝带5顶部与上组煤采空区2底部之间的垂直距离小于防水安全岩柱(保护岩柱4)的最大厚度，即工作面6的顶板在工作人员的开采过程中具有突水危险性，而不良钻孔1的存在更会加剧突水危险性；如果采煤工作面导水裂缝带5底部与上组煤采空区2底部之间的垂直距离大于防水安全岩柱(保护岩柱4)的最大厚度，即工作面6的顶板在工作人员的开采过程中不具有突水危险性。但考虑到不良钻孔1的影响，即使工作面6的顶板不具有突水危险性，也需按照其具有突水危险性进行考虑，以最大程度地确保工作人员的人身安全。
[0060]
步骤s24：对不良钻孔1和工作面底板含水层7之间的导水性进行分析。
[0061]
在步骤s24中，针对工作面底板含水层7(工作面底板承压含水层)，按照《煤矿防治水细则》进行计算，如果突水系数(即工作面采动底板破坏深度61与工作面底板承压含水层顶界面之间的垂直距离和工作面底板承压含水层的水压之间的比值)大于0.06mpa/m，即工作面6的底板在工作人员的开采过程中具有突水危险性，而不良钻孔1的存在更会加剧突水危险性；如果突水系数小于0.06mpa/m，即工作面6的底板在工作人员的开采过程中不具有突水危险性。但考虑到不良钻孔1的影响，即使工作面6的底板不具有突水危险性，也需按照其具有突水危险性进行考虑，以最大程度地确保工作人员的人身安全。
[0062]
如图1至图3所示，步骤s3包括：
[0063]
步骤s31：根据因所述工作面顶板含水层产生突水危险性的不良钻孔1的位置和/
或因所述工作面底板含水层7产生突水危险性的不良钻孔1的位置、不良钻孔1的偏斜轨迹、地质信息及开采信息确定注浆层位的位置；
[0064]
步骤s32：基于注浆设计理论，根据注浆层位的位置和不良钻孔1具有突水危险性部分的偏斜轨迹，设计钻孔参数；
[0065]
步骤s33：进行钻孔施工；
[0066]
步骤s34：在钻孔施工完成后，从注浆层位向钻孔内进行注浆。
[0067]
如图2所示，在步骤s31中，确定注浆层位的位置的方法包括：
[0068]
步骤s311：在对因工作面顶板含水层产生突水危险性的不良钻孔1进行封堵时，第一注浆层位81选取在保护岩柱4内。
[0069]
在本实施例中，由于工作面6开采后覆岩中形成采煤工作面导水裂缝带5，基于此，第一注浆层位81选择在位于采煤工作面导水裂缝带5和工作面顶板含水层(上组煤采空区2)之间的保护岩柱4中。
[0070]
在本实施例中，考虑到保护岩柱4注浆岩层的可注性，结合工作面综合水文地质柱状图，第一注浆层位81往往选择在保护岩柱4的含水层岩层内，并结合不良钻孔1靠近工作面顶板含水层部分的偏斜轨迹，确定第一注浆层位81的偏斜状态以及第一注浆层位81在煤层底板(工作面6底板)的投影位置，为钻孔注浆施工提供数据支持。
[0071]
具体地，第一注浆层位81选取在含水层岩层中的中砂岩含水层41中。这样，由于中砂岩含水层41不仅易于工作人员进行注浆，还易于浆液进行扩散，进而降低了工作人员的注浆施工难度，增大了钻孔注浆措施的防水、堵水范围。
[0072]
在步骤s32中，根据注浆层位的位置和不良钻孔1具有突水危险性部分的偏斜轨迹，设计钻孔参数的方法包括：
[0073]
步骤s321：对不良钻孔1靠近工作面顶板含水层的部分进行钻孔参数设计。
[0074]
在步骤s321中，考虑到注浆目标，在第一注浆层位81中围绕不良钻孔1的“前后左右”钻设第一钻孔群10，以形成“小帷幕”，确保不良钻孔1能够位于注浆钻孔措施的防水、堵水范围内，进而切断工作面顶板含水层(上组煤采空区2内的积水)与工作面6之间的不良钻孔1通道。
[0075]
在本实施例中，第一钻孔群10包括五个第一钻孔，五个第一钻孔围绕不良钻孔1间隔设置。
[0076]
需要说明的是，第一钻孔的设置个数不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。可选地，第一钻孔为一个、或两个、或三个、或四个、或六个、或七个、或八个、或多个。
[0077]
在本实施例中，第一钻孔的孔口与工作面6的底板之间距离为1.2m。
[0078]
具体地，需结合第一注浆层位81与工作面钻机开孔之间的垂高、浆液扩散半径、第一注浆层位81在煤层底板(工作面6的底板)上的投影位置等数据，按照注浆设计理论，设计注浆钻孔方位、空位与水平面角度、钻孔长度等参数。
[0079]
如图3所示，在步骤s31中，确定注浆层位的位置的方法还包括：
[0080]
步骤s312：在对因工作面底板含水层7产生突水危险性的不良钻孔1进行封堵时，第二注浆层位82选取在工作面底板含水层7顶界面以下，第二注浆层位82与工作面底板含水层7的顶界面之间具有预设距离l，预设距离l满足：0m≤l≤15m。这样，由于第二注浆层位82位于工作面底板含水层7的顶界面以下，使得钻孔注浆措施在对不良钻孔1进行封堵的前
提下，增大了隔水层9的厚度，以进一步减小工作面6底板的突水危险性，确保了工作人员的人身安全。同时，上述设置使得预设距离l的取值更加灵活、多样，以适应不同的工况和封堵需求，也提升了工作人员的加工灵活性。
[0081]
在本实施例中，l为8m。
[0082]
需要说明是，l的取值不限于此，可根据工况和封堵需求进行调整。可选地，l为1m、或3m、或9m、或12m、或15m。
[0083]
在本实施例中，结合不良钻孔1靠近工作面底板含水层7部分的偏斜轨迹和工作面综合水文地质柱状图，确定第二注浆层位82选取在工作面底板含水层7(工作面底板承压含水层)顶界面以下的15m范围内(往往是注浆钻孔终孔位置)，并确定第二注浆层位82的偏斜状态及其在煤层底板(工作面6的底板)上的投影位置，为钻孔注浆施工提供数据支持。
[0084]
在步骤s32中，根据注浆层位的位置和不良钻孔1具有突水危险性部分的偏斜轨迹，设计钻孔参数的方法还包括：
[0085]
步骤s322：对不良钻孔1靠近工作面底板含水层7的部分进行钻孔参数设计。
[0086]
在步骤s322中，考虑到注浆目标和注浆终孔位置，在第二注浆层位82中围绕不良钻孔1的“前后左右”钻设第二钻孔群11，以形成“小帷幕”，确保不良钻孔1能够位于注浆钻孔的防水、堵水范围内，进而切断工作面底板含水层7与工作面6之间的不良钻孔1通道。
[0087]
在本实施例中，第二钻孔群11包括为五个第二钻孔，五个第二钻孔围绕不良钻孔1间隔设置。
[0088]
需要说明的是，第二钻孔的设置个数不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。可选地，第二钻孔为一个、或两个、或三个、或四个、或六个、或七个、或八个、或多个。
[0089]
具体地，结合注浆改造层位垂深、浆液扩散半径、第二注浆层位82在煤层底板(工作面6的底板)上的投影位置等数据，按照注浆设计理论，设计注浆钻孔方位、空位与水平面角度、钻孔长度等参数。
[0090]
在本实施例中，步骤s4包括：
[0091]
步骤s41：在钻孔施工完成后，以钻孔的终孔中心轴线为圆心，在半径r范围内的任意位置处钻取第一岩芯，并对第一岩芯的含有物质、完整性岩石质量指标及岩性力学参数进行分析；在分析出第一岩芯中含有不良钻孔1内的封堵物质时，判断钻孔已经揭露不良钻孔1。在分析出第一岩芯中未含有封堵物质时，判断钻孔未揭露不良钻孔1。
[0092]
在本实施例中，步骤s4还包括：
[0093]
步骤s42：在注浆完成后，以钻孔的终孔中心轴线为圆心，在直径r范围内的任意位置处钻取第二岩芯，并对第二岩芯的含有物质、完整性岩石质量指标及岩性力学参数进行分析。
[0094]
可选地，5m≤r≤10m。
[0095]
在本实施例中，在步骤s42中：
[0096]
若钻孔已经揭露不良钻孔1且第二岩芯中含有结石体；和/或，
[0097]
第二岩芯的完整性质量指标大于第一岩芯的完整性质量指标；和/或；
[0098]
第二岩芯的岩性力学参数大于第一岩芯的岩性力学参数；
[0099]
则判断不良钻孔的注浆方法的封堵效果良好。
[0100]
具体地，以某矿061405为例，其工作面范围内有506号地质钻孔，506号地质钻孔的
施工在上世纪50年代，地质钻孔仅用简单的用黄泥进行封闭，封闭效果达不到隔水要求。勘探过程中发现，506号地质钻孔沟通了上组煤采空区2内的积水(工作面顶板含水层)，上组煤采空区2内的积水面积为1.38km2、积水量达38万m3，506号地质钻孔还沟通了工作面底板承压含水层(工作面底板含水层7)，工作面底板承压含水层的水压达0.64mpa。
[0101]
根据本不良钻孔的注浆方法对506号地质钻孔进行钻孔注浆施工，首先，506号地质钻孔与工作面顶板含水层和工作面底板含水层7之间均是潜在突水通道，且506号地质钻孔与工作面顶板含水层连通处的最大涌水量达150m3/h，与工作面底板含水层7连通处的最大涌水量达136m3/h。基于此，对506号地质钻孔靠近工作面顶板含水层和工作面底板含水层7的部分均需进行钻孔注浆施工，施工完成后，钻孔注浆封堵效果评价良好。该方法不仅具有良好的实用性，还依据明确，实施简单易行，能够有效防治封闭不良的钻孔所引起的矿井水害问题，为煤矿安全开采提供理论参考。
[0102]
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
[0103]
不良钻孔的注浆方法用于对不良钻孔进行封堵，当需要对不良钻孔进行封堵时，先获取工作面的地质信息和开采信息，获取不良钻孔的勘探信息和测斜数据，获取不良钻孔、工作面、工作面顶板含水层及工作面底板含水层之间的空间位置关系，获取不良钻孔的偏斜轨迹，再根据地质信息、开采信息、勘探信息及空间位置关系，计算不良钻孔的涌水量，以确定不良钻孔的突水危险性大小。之后，根据地质信息、开采信息、不良钻孔的偏斜轨迹及不良钻孔的涌水量，对具有突水危险性的不良钻孔进行钻孔注浆施工，以使不良钻孔位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内。最后，基于岩性参数和/或岩芯参数，评估不良钻孔的注浆方法的封堵效果。其中，钻孔内的至少部分浆液渗透至不良钻孔内，以对不良钻孔进行封堵；勘探信息包括不良钻孔的初孔位置坐标点k，测斜数据包括不良钻孔的偏斜角和方位角中的至少一种。
[0104]
与现有技术中直接对不良钻孔进行钻孔注浆施工的方法相比，本技术中的不良钻孔的注浆方法在钻孔注浆施工前对不良钻孔的偏斜轨迹进行了分析，并在钻孔注浆施工过程中结合不良钻孔的偏斜轨迹进行钻孔，以使不良钻孔位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内，进而确保不良钻孔能够位于钻孔注浆措施的防水、堵水范围内，较大程度地提升了钻孔注浆措施对不良钻孔的封堵可靠性，进而解决了现有技术中针对不良封闭钻孔进行封堵的方法的封堵可靠性较差的问题，提升了工作人员在对工作面进行回采时的人身安全性。同时，在钻孔注浆施工前还对不良钻孔的涌水量进行了分析，以为后续的钻孔注浆施工提供数据支持，进一步提升了不良钻孔的注浆方法的封堵可靠性。显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0105]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
[0106]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用
的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0107]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种不良钻孔的注浆方法，用于对不良钻孔(1)进行封堵，其特征在于，所述不良钻孔的注浆方法包括：步骤s1：获取工作面(6)的地质信息和开采信息，获取所述不良钻孔(1)的勘探信息和测斜数据，获取所述不良钻孔(1)、所述工作面(6)、工作面顶板含水层及工作面底板含水层(7)之间的空间位置关系，获取所述不良钻孔(1)的偏斜轨迹；步骤s2：根据所述地质信息、所述开采信息、所述勘探信息及所述空间位置关系，计算所述不良钻孔(1)的涌水量，以确定所述不良钻孔(1)的突水危险性大小；步骤s3：根据所述地质信息、所述开采信息、所述不良钻孔(1)的偏斜轨迹及所述不良钻孔(1)的涌水量，对具有突水危险性的不良钻孔(1)进行钻孔注浆施工，以使至少部分所述不良钻孔(1)位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内；步骤s4：基于岩性参数和/或岩芯参数，评估所述不良钻孔的注浆方法的封堵效果；其中，所述钻孔内的至少部分浆液渗透至所述不良钻孔(1)内，以对所述不良钻孔(1)进行封堵；所述勘探信息包括所述不良钻孔(1)的初孔位置坐标点k，所述测斜数据包括所述不良钻孔(1)的偏斜角和方位角中的至少一种。2.根据权利要求1所述的不良钻孔的注浆方法，其特征在于，所述步骤s3包括：步骤s11：基于三角函数理论和/或基于地理坐标偏移距理论，根据所述初孔位置坐标点k和所述偏斜角、所述方位角中的至少一种，计算所述不良钻孔(1)在n个不同深度处的位置坐标点kn，n＝0,1,2,
…
n，沿所述不良钻孔(1)的深度方向h，将n个坐标点kn依次连线后形成的连线轨迹为所述不良钻孔(1)的偏斜轨迹。3.根据权利要求1所述的不良钻孔的注浆方法，其特征在于，根据所述地质信息、所述开采信息及所述勘探信息，获取所述不良钻孔(1)、所述工作面(6)、所述工作面顶板含水层及所述工作面底板含水层(7)之间的空间位置关系的方法包括：步骤s12：根据所述地质信息、所述开采信息及所述勘探信息，确定上组煤采空区(2)的位置和开采深度、上组煤采动底板破坏深度(3)、保护岩柱(4)的位置和高度、采煤工作面导水裂缝带(5)的位置和发育高度、所述工作面(6)的位置和开采深度、工作面采动底板破坏深度(61)、所述工作面底板含水层(7)的位置和高度、隔水层(9)的位置和高度及所述不良钻孔(1)的位置和柱状图；步骤s13：在所述不良钻孔(1)的柱状图上，对所述上组煤采空区(2)、所述上组煤采动底板破坏深度(3)、所述保护岩柱(4)、所述采煤工作面导水裂缝带(5)、所述工作面(6)、所述工作面采动底板破坏深度(61)、所述工作面底板含水层(7)及所述隔水层(9)进行标注，以确定所述不良钻孔(1)、所述工作面(6)、所述工作面顶板含水层及所述工作面底板含水层(7)之间的空间位置关系；其中，所述工作面顶板含水层为所述上组煤采空区(2)内的积水。4.根据权利要求1所述的不良钻孔的注浆方法，其特征在于，所述步骤s2包括：步骤s21：根据所述地质信息、所述开采信息及所述勘探信息，计算所述不良钻孔(1)与所述工作面顶板含水层连通处的最大涌水量a，在所述最大涌水量a大于或等于50m3/h时，判断所述工作面顶板含水层通过所述不良钻孔(1)对所述工作面(6)具有突水危险性；步骤s22：根据所述地质信息、所述开采信息及所述勘探信息，计算所述不良钻孔(1)与所述工作面底板含水层(7)连通处的最大涌水量b，在所述最大涌水量b大于或等于50m3/h
时，判断所述工作面底板含水层(7)通过所述不良钻孔(1)对所述工作面(6)具有突水危险性；其中，所述最大涌水量的计算公式为：其中，所述最大涌水量的计算公式为：其中，c为谢才系数，n为不良钻孔(1)的糙率，rw为水力半径，a为不良钻孔(1)的横截面积，j为水力坡度。5.根据权利要求3所述的不良钻孔的注浆方法，其特征在于，所述步骤s3包括：步骤s31：根据因所述工作面顶板含水层产生突水危险性的不良钻孔(1)的位置和/或因所述工作面底板含水层(7)产生突水危险性的不良钻孔(1)的位置、所述不良钻孔(1)的偏斜轨迹、所述地质信息及所述开采信息确定注浆层位的位置；步骤s32：基于注浆设计理论，根据所述注浆层位的位置和所述不良钻孔(1)具有突水危险性部分的偏斜轨迹，设计钻孔参数；步骤s33：进行钻孔施工；步骤s34：在钻孔施工完成后，从所述注浆层位向所述钻孔内进行注浆。6.根据权利要求5所述的不良钻孔的注浆方法，其特征在于，在所述步骤s31中，确定所述注浆层位的位置的方法包括：步骤s311：在对因所述工作面顶板含水层产生突水危险性的不良钻孔(1)进行封堵时，第一注浆层位(81)选取在所述保护岩柱(4)内。7.根据权利要求5所述的不良钻孔的注浆方法，其特征在于，在所述步骤s31中，确定所述注浆层位的位置的方法还包括：步骤s312：在对因所述工作面底板含水层(7)产生突水危险性的不良钻孔(1)进行封堵时，第二注浆层位(82)选取在所述工作面底板含水层(7)顶界面以下，所述第二注浆层位(82)与所述工作面底板含水层(7)的顶界面之间具有预设距离l，所述预设距离l满足：0m≤l≤15m。8.根据权利要求1所述的不良钻孔的注浆方法，其特征在于，所述步骤s4包括：步骤s41：在钻孔施工完成后，以所述钻孔的终孔中心轴线为圆心，在半径r范围内的任意位置处钻取第一岩芯，并对所述第一岩芯的含有物质、完整性岩石质量指标及岩性力学参数进行分析；在分析出所述第一岩芯中含有所述不良钻孔(1)内的封堵物质时，判断所述钻孔已经揭露所述不良钻孔(1)；在分析出所述第一岩芯中未含有所述封堵物质时，判断所述钻孔未揭露所述不良钻孔(1)。9.根据权利要求8所述的不良钻孔的注浆方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：步骤s42：在注浆完成后，以所述钻孔的终孔中心轴线为圆心，在直径r范围内的任意位置处钻取第二岩芯，并对所述第二岩芯的含有物质、完整性岩石质量指标及岩性力学参数进行分析。10.根据权利要求9所述的不良钻孔的注浆方法，其特征在于，在所述步骤s42中：若所述钻孔已经揭露所述不良钻孔(1)且所述第二岩芯中含有结石体；和/或，
所述第二岩芯的完整性质量指标大于所述第一岩芯的完整性质量指标；和/或；所述第二岩芯的岩性力学参数大于所述第一岩芯的岩性力学参数；则判断所述不良钻孔的注浆方法的封堵效果良好。

技术总结
本发明提供了一种不良钻孔的注浆方法。不良钻孔的注浆方法包括：步骤S1：获取相关信息；步骤S2：根据地质信息、开采信息、勘探信息及空间位置关系，计算不良钻孔的涌水量，以确定不良钻孔的突水危险性大小；步骤S3：根据地质信息、开采信息、不良钻孔的偏斜轨迹及不良钻孔的涌水量，对具有突水危险性的不良钻孔进行钻孔注浆施工，以使至少部分不良钻孔位于钻孔注浆施工过程中钻设的钻孔的浆液扩散半径内；步骤S4：基于岩性参数和/或岩芯参数，评估不良钻孔的注浆方法的封堵效果；其中，测斜数据包括不良钻孔的偏斜角和方位角。本发明有效地解决了现有技术中针对不良封闭钻孔进行封堵方法的封堵可靠性较差的问题。的封堵可靠性较差的问题。的封堵可靠性较差的问题。


技术研发人员：虎晓龙 宋喜东 高峻 李小龙 黄辉 马金林 王军 宗伟琴 甄维鹏 王傲 毛德强 刘士亮
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/10/15