一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔技术领域
本发明属于煤矿开采领域，更具体地说，本发明涉及一种薄层灰岩地面定向钻进
水平多级分支注浆钻孔。
背景技术
现有技术一般防治水害的方法是试采，针对单个工作面的水文地质条件不同，分
别选用“疏水降压、限压开采”、“充水利用隔水层带压开采”、“底板注浆加固改造抗压开
采”、“疏水降压与注浆加固相结合综合抗压开采”、“底板全面注浆加固改造抗压开采”等多
种防治水方法模式进行试采试验，但是，随着煤层采深加大，太灰岩溶含水组与奥灰强含水
层富水性强、水压高，垂向强径流带如岩溶陷落柱、断层破碎带难以查清等，在开采实践中，
即使实施工作面全断面注浆加固改造也难以有效防治底板岩溶水害，底板岩溶在开采的过
程中，一旦发生透水事故，则导致工作面全面停产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种避免底板岩溶透水保证安全生产的薄层
灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的一种薄层灰岩地面定向
钻进水平多级分支注浆钻孔，包括地面主孔，所述的地面主孔竖直向地下延伸，从地面向地
下穿过基岩层竖直钻的直孔段和沿煤层下穿过一灰顺向钻出的顺层段，直孔段远离地面的
一端靠近煤层处设置造斜点，造斜点至煤层下三灰的中部倾斜钻进形成定向导斜段，定向
导斜段的两端分别与直孔段和顺层段联通，其中主孔顺层段沿顺层近水平分出多个呈扇形
分布的一、二级分支孔。
本发明公开的一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔，一级分支孔的
一端位于主孔顺层段，另一端沿煤层下穿过一灰近水平顺向延伸，延伸端的连线为扇形。
本发明公开的一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔，一级分支孔端
部的间距≤2倍扇形半径，为50～120m。
本发明公开的一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔，一级分支孔端
部的间距优选60～80m。
本发明公开的一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔，二级分支孔从
其所属一级分支孔远离主孔一端的端部近水平顺向延伸，延伸端的连线为扇形。
本发明公开的一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔，二级分支孔端
部的间距≤2倍扇形半径，为50～120m。
本发明公开的一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔，二级分支孔端
部的间距优选60～80m。
现有技术勘探手段及其投入的勘探工程量，很难准确发现与定位煤层底板至薄灰
岩、奥灰充水水源，尤其是在存在垂向强径流带比如陷落柱、构造破碎带等隐患的矿井，太
灰水与奥灰水存在联系，在矿井采深越来越大，水压不断增高时，极易发生有奥灰水参与的
矿井特大突水事故，造成矿井灾害和重大损失，采用本发明的技术方案，从以往井下常规注
浆的注浆压力低、扩散范围小发展到地面定向顺层钻进注浆的注浆压力大、可劈裂注浆、扩
散区域广的超前区域治水方法；在地面定向顺层钻进注浆工程中，每个注浆主孔有多个顺
层分支孔，钻孔在进入目标层后以“带、羽、网状”钻孔轨迹探查所钻范围内目标层中隐伏陷
落柱、断层和裂隙带等，根据钻孔浆液漏失量与注浆量推测判断钻孔附近是否存在如陷落
柱、断层等隐伏构造；通过调整改变注浆压力与注浆材料进行注浆，从而有效封堵区域内存
在的隐伏垂向导水构造体与煤系各含水层的补给通道；另一方面，通过多个顺层分支孔高
压注浆，扩大钻孔控制范围，提高目的层的注浆改造效果，从而将含水层改造为有效隔水
层；通过5个工作面实际掘进和回采实践表明：地面定向顺层钻进注浆后井下薄层灰岩钻孔
无水率达到80～90％，仅少数钻孔出水且最大单孔出水均小于6m3/h，工作面回采涌水量小
于10m3/h，上述统计数据证明，采用该种钻孔对薄灰岩进行高压注浆，可以实现超前区域治
理，与以往常规防治水技术相比，安全可靠性大幅提高，实现了深部开采底板灰岩水害治
理，避免底板岩溶透水事故发生保证安全生产。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔的效果图。
图2为图1所示的发明一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔中D2注
浆钻孔注浆影响范围的效果图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构
件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺
及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、
技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本发明一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔，包括地面主孔，所述
的地面主孔竖直向地下延伸，从地面向地下穿过基岩层竖直钻的直孔段和沿煤层下穿过一
灰顺向钻出的顺层段，直孔段远离地面的一端靠近煤层处设置造斜点，造斜点至煤层下三
灰的中部倾斜钻进形成定向导斜段，定向导斜段的两端分别与直孔段和顺层段联通，其中
主孔顺层段沿顺层近水平分出多个呈扇形分布的一、二级分支孔；一级分支孔的一端位于
主孔顺层段，另一端沿煤层下穿过一灰近水平顺向延伸，延伸端的连线为扇形；一级分支孔
端部的间距≤2倍扇形半径，为50～120m；一级分支孔端部的间距优选60～80m。
二级分支孔从其所属一级分支孔远离主孔一端的端部近水平顺向延伸，延伸端的
连线为扇形；二级分支孔端部的间距≤2倍扇形半径，为50～120m；二级分支孔端部的间距
优选60～80m。
图1为本发明一种薄层灰岩地面定向钻进水平多级分支注浆钻孔的效果图；采区
先后施工了D1、D2、D3、D4和D5五个钻孔单元。
注浆影响范围进行验证：
以D2孔为例，D2钻孔注浆结束后，紧接着施工D2-1钻孔，随着钻进自780m开始在岩
屑中发现存在着水泥块，水泥块的位置距主孔的距离约60m，钻进至1000m左右仍有水泥块
的存在，而此时距主孔的距离超过120m，D2-6在钻孔至607～880m段，也存在着水泥块，而该
水泥块的存在印证了D2钻孔注浆的影响范围可达60～120m，证明了一、二级分支孔端部的
间距为50～120m；D2-1和D2-7分支孔钻探过程中DF7断层带没漏失，距离D2主孔约144m；D5-
1孔穿过断层没漏失，与D2主孔距离约168m；D2-6分支孔钻探过程中DF5断层带没漏失，距离
D2主孔约94m；通过统计可以得到，D2钻孔在Ⅲ634、Ⅲ636工作面的注浆影响范围平均在60
～80m，证明了一、二级分支孔端部的间距优选60～80m。
采用本发明的技术方案，从以往井下常规注浆的注浆压力低、扩散范围小发展到
地面定向顺层钻进注浆的注浆压力大、可劈裂注浆、扩散区域广的超前区域治水方法；在地
面定向顺层钻进注浆工程中，每个注浆主孔有多个顺层分支孔，钻孔在进入目标层后以
“带、羽、网状”钻孔轨迹探查所钻范围内目标层中隐伏陷落柱、断层和裂隙带等，根据钻孔
浆液漏失量与注浆量推测判断钻孔附近是否存在如陷落柱、断层等隐伏构造；通过调整改
变注浆压力与注浆材料进行注浆，从而有效封堵区域内存在的隐伏垂向导水构造体与煤系
各含水层的补给通道；另一方面，通过多个顺层分支孔高压注浆，扩大钻孔控制范围，提高
目的层的注浆改造效果，从而将含水层改造为有效隔水层；本发明一、二级分支孔沿顺层近
水平设置，保证钻孔水平段轨迹尽量大角度与断层和褶皱轴部裂隙相交，注浆时获得更好
的扩散半径；本发明单个钻孔的一、二级分支孔沿顺层穿插多个层理结构面，注浆加固达到
了对层间裂隙较好的封堵效果。
通过5个工作面实际掘进和回采实践表明：地面定向顺层钻进注浆后井下薄层灰
岩钻孔无水率达到80～90％，仅少数钻孔出水且最大单孔出水均小于6m3/h，工作面回采涌
水量小于10m3/h，上述统计数据证明，采用该种钻孔对薄灰岩进行高压注浆，可以实现超前
区域治理，与以往常规防治水技术相比，安全可靠性大幅提高，实现了深部开采底板灰岩水
害治理，避免底板岩溶透水事故发生保证安全生产。
上面结合实施例对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方
式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经
改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。