基于钻孔注入流量测量的覆岩隔离注浆充填层位确定方法

摘要

一种基于注入流量测量的覆岩隔离注浆充填层位确定方法，适用于煤矿使用。选择覆岩隔离注浆充填采煤工作面上方任意注浆钻孔；在钻孔实施注水或注浆过程中，将流量计通过井口防喷管匀速下入注浆钻杆内，待流量计下放进入裸孔后，开始对裸孔内不同位置进行停点测量；测量结束后将流量计从钻孔内取出；将测量点的深度、流量绘制成曲线，并查找出曲线上所有的流量突降位置，即为注浆充填层位；在采煤工作面推进到距离注浆钻孔不同位置时，可对注浆钻孔的注浆充填层位进行多次确定，以监测其动态变化。该方法不影响钻孔正常注浆及沉陷控制效果,成本低、耗时少、可靠性强、准确性高、确定方法简单、可重复性强。

说明书

技术领域

本发明涉及一种覆岩隔离注浆充填层位确定方法，尤其适用于煤矿采动覆岩隔离注浆充填开采建筑物下压煤的基于钻孔注入流量测量的覆岩隔离注浆充填层位确定方法。

背景技术

近年来，煤矿覆岩隔离注浆充填技术在建（构）筑物下采煤中发挥了十分积极的作用，保障了煤矿企业（尤其是衰老矿井）正常的采掘接替与服务年限，保护了建筑物安全，已成为建筑物下压煤开采的重要技术手段。这一技术涉及从采煤工作面上方的地表施工多组垂直向煤层方向的注浆钻孔，在回采过程中利用钻孔对采动形成的覆岩离层区实施高压注浆充填，从而限制上覆岩层变形、有效控制地表沉陷。

在覆岩隔离注浆充填技术的应用中，确定钻孔所在位置的覆岩注浆充填层位是注采比设计、地表沉陷控制效果评估的基础，注浆充填层位不仅决定了注浆量大小、所需注浆压力的大小，还对地表沉陷控制效果产生影响。因而，建立覆岩注浆充填层位确定方法十分必要。

针对覆岩注浆充填层位确定问题，已有技术中有注浆充填结束后专门施工检查钻孔的方法，通过钻进时的全取芯过程，根据取出的充填体来确定充填层位，这一方法虽然有效，但是由于需要施工专门的检查钻孔，成本非常高昂，而且属于一种事后探测，对于注浆充填过程缺乏指导作用，而由于注浆充填过程中地层内有浆体压力存在，难以在该过程中施工检查钻孔。已有技术还公开了一种注浆过程中确定注浆充填层位的方法，专利ZL201510032975.7公开了一种覆岩隔离注浆充填层位探测方法，该方法通过选择相邻两个钻孔分别作为辅测注浆钻孔、探测注浆钻孔，当辅测注浆钻孔与探测注浆钻孔层位导通时，通过在辅测注浆钻孔中下入钻杆及捆绑的水管、胶塞等构成的组合结构，确定不同深度的浆液涌出流量，从而确定出探测钻孔的注浆充填层位，尽管该方法避免了单独施工检查钻孔，也能够实现注浆过程中的层位探测，但是它只能在2个孔的注浆层位导通时才能测量，不能直接对探测注浆钻孔的注浆层位进行探测，且辅测注浆钻孔投入注浆后该方法就无法使用了，而且该方法需要在辅测注浆钻孔测量过程中下入钻杆，工程量大、实施难度大。

发明内容

技术问题：针对上述技术的不足之处，提供一种成本低、耗时少、可靠性强、准确性高、确定方法简单的基于注入流量测量的覆岩注浆充填层位确定方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的基于注入流量测量的覆岩隔离注浆充填层位确定方法，包括如下步骤：

a在覆岩隔离注浆充填采煤工作面选择任意一个从地表垂直钻入的注浆钻孔作为待确定注浆充填层位的钻孔；

b对注浆钻孔实施注浆充填布置，注浆钻孔包括套管段与裸孔段，在套管段内安装有注浆钻杆。

c在注浆钻孔（9）进行注浆充填过程中，在井口装置上连接防喷管，利用地面绞车将顶端设有流量计的井下流量计电缆线通过井口防喷管借助注浆钻杆匀速下放入注浆钻孔内，并同步记录下放过程中流量计的下方时间、流量计下放深度与裸孔段的流量值直至完成裸孔底部的测量，注浆钻杆段流量值无需测量；

d完成裸孔段内不同测量位置的流量测量后，将流量计提出注浆钻孔；

e将流量计在裸孔段测量到的数据按时间排列，并将裸孔段中各测量停点的深度值与流量值对应排列，以流量值为横轴、深度值为纵轴绘制成曲线图，固定深度间距或固定时间间隔在曲线图中选取测量点，并将相邻两个测量点的流量值进行比较；针对裸孔段自上部深度向下部深度对比流量值，当出现下一深度处测量点的流量值小于上一深度处测量点时，则判断这两个测量点之间存在注浆充填层，结合岩层岩性对比，判断注入层位置，两个测量点的流量值之差就是该注浆层位的实际注入流量，依此类推，直至对比到注浆钻孔孔底，完成注浆钻孔中所有注浆充填层位的确定。

所述的注浆钻杆直径大于流量计的直径。

当流量计通过注浆钻杆段下放进入裸孔段时，开始对注浆钻孔的裸孔段内不同测量深度进行停点测量，所述停点测量是不再下放流量计而将其悬停在测量位置直至流量仪读取的流量值稳定，稳定的流量值即为此测量停点的流量值。

所述裸孔段的不同测量位置是从裸孔顶部开始每隔一个固定距离悬停测量一次的位置，或者提前判断出来的注浆深度附近的位置。

所述固定距离为3~5m。

所述流量计为适用于钻孔内注入介质的电磁流量计、超声波流量计或涡轮流量计，可以是存储式或者地面直读式；流量计为实时采样，采样间隔根据需要设定。

所述悬停时间为所用流量仪能够测得稳定数据的时间，通常为5-8min。

由于注浆工况、开采状况变化，注浆层位可能发生变化，在采煤工作面推进到距离注浆钻孔不同位置时进行多次测量以确定注浆充填层位，以监测注浆充填层位的动态变化从而及时获取注浆层位的变化情况，并根据变化情况调整注浆压力参数。

可以在采煤工作面开采到距离注浆钻孔不同位置时进行多次测量，且可以在注浆钻孔注浆或注水过程中测量，不影响注浆的正常实施。

当采用存储式流量计时，需要等待流量计检测完毕后回收并读取所有测量点的流量数据后，进行比较从而判断出注浆充填层所在的位置，当采用地面直读式流量计则从获取第二个测量点的流量数据后实时对两个测量点的流量数据进行比较，从而判断出注浆充填层所在的位置。

有益效果：

由于煤矿开采过程中将造成上覆岩层破坏，导致其大变形，因此随着开采过程出现的离层是动态变化，因此注浆充填层的位置也并不完全确定，并且会随着开采过程而发生变化，本申请通过流量计检测从而实时找寻出岩层中出现漏失的位置，从而确定注浆充填层的具体位置并指导注浆参数的调整；

本发明不影响注浆充填的正常实施，保证了其不间断进行及地表沉陷控制效果，弥补了传统注浆充填层位确定方法无法在钻孔注浆充填时进行注浆层位确定的不足，能够真实有效地反映注浆充填层位变化；无需施工专门的检测钻孔，只需要利用现有注浆钻孔即可，降低了检测成本；

此外，在注浆充填过程中，当工作面距离注浆钻孔的不同位置时，均能够确定注浆层位，根据确定出的注浆充填层位，掌握注浆层位动态变化过程，从而指导注浆充填工艺与参数控制，并提高注浆充填工程的地表沉陷控制效果，更好地解决“三下”压煤问题，有效保护地面建筑物的安全。

附图说明

图1是本发明的确定注浆充填层位的测试注浆钻孔平面布置示意图；

图2是本发明的确定注浆充填层位方法的剖面示意图；

图3是本发明测得的深度-流量曲线图。

图中：1－井下流量计电缆线；2－地表；3－浆液流动方向；4－注浆钻杆；5－第一层注浆充填层位；6－流量计；7－裸孔段；8－采煤工作面；9－注浆钻孔；10－注浆钻杆顶部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1和图2所示，本发明的基于钻孔注入流量测量的覆岩隔离注浆充填层位确定方法，包括如下步骤：

a在覆岩隔离注浆充填采煤工作面8选择任意一个从地表2垂直钻入的注浆钻孔9作为待确定注浆充填层位的钻孔；

b对注浆钻孔9实施注浆充填布置，共由套管段与裸孔段7构成，在套管段内安装有注浆钻杆4；

c在注浆钻孔9进行注浆充填过程中，在井口装置上连接防喷管，浆液流动方向3如图所示，利用地面绞车将顶端设有流量计6的井下流量计电缆线1通过井口防喷管借助注浆钻杆4匀速下放入注浆钻孔9内，并同步记录下放过程中流量计6的下方时间、流量计6下放深度与裸孔段7的流量值直至完成裸孔底部的测量，注浆钻杆段流量值无需测量；所述的注浆钻杆4直径大于流量计6的直径；所述流量计6为适用于钻孔内注入介质的电磁流量计、超声波流量计或涡轮流量计，6可以是存储式或者地面直读式；流量计6为实时采样，采样间隔根据需要设定；

d完成裸孔段7内不同测量位置的流量测量后，将流量计6提出注浆钻孔9；

e将流量计6在裸孔段7测量到的数据按时间排列，并将裸孔段7中各测量停点的深度值与流量值对应排列，以流量值为横轴、深度值为纵轴绘制成曲线图，固定深度间距或固定时间间隔在曲线图中选取测量点，并将相邻两个测量点的流量值进行比较；针对裸孔段7自上部深度向下部深度对比流量值，当出现下一深度处测量点的流量值小于上一深度处测量点时，则判断这两个测量点之间存在注浆充填层，结合岩层岩性对比，判断注入层位置，两个测量点的流量值之差就是该注浆层位的实际注入流量，依此类推，直至对比到注浆钻孔9孔底，完成注浆钻孔9中所有注浆充填层位的确定；

当流量计6通过注浆钻杆段下放进入裸孔段7时，开始对注浆钻孔9的裸孔段7内不同测量深度进行停点测量，所述停点测量是不再下放流量计6而将其悬停在测量位置直至流量仪6读取的流量值稳定，稳定的流量值即为此测量停点的流量值，所述裸孔段7的不同测量位置是从裸孔顶部开始每隔一个固定距离悬停测量一次的位置，固定距离为3~5m；或者提前判断出来的注浆深度附近的位置。

所述悬停时间为所用流量仪6能够测得稳定数据的时间，通常为5-8min。

由于注浆工况、开采状况变化，注浆层位可能发生变化，在采煤工作面8推进到距离注浆钻孔9不同位置时进行多次测量以确定注浆充填层位，以监测注浆充填层位的动态变化从而及时获取注浆层位的变化情况，并根据变化情况调整注浆压力等参数。

可以在采煤工作面8开采到距离注浆钻孔9不同位置时进行多次测量，且可以在注浆钻孔9注浆或注水过程中测量，不影响注浆的正常实施。

当采用存储式流量计时，需要等待流量计6检测完毕后回收至地表2并读取所有测量点的流量数据后，进行比较从而判断出注浆充填层所在的位置，当采用地面直读式流量计则从获取第二个测量点的流量数据后实时对两个测量点的流量数据进行比较，从而判断出注浆充填层所在的位置。

实施例一：

1）在采动工作面内任意选择一个注浆钻孔9作为注浆充填层位确定注浆钻孔；

2）在采煤工作面8开采过程中、注浆钻孔9注浆之前，在注浆钻孔9的井口连接防喷管；以稳定流量对注浆钻孔9进行注水；利用地面绞车通过电缆1将井下流量计6由防喷管从注浆钻杆顶部10匀速下入注浆钻杆4内；

3）当井下流量计6下放至裸孔段7顶部时，开始进行第一次定点测量；测量采用悬停持续采集方式，即将井下流量计6维持在某个深度，由井下流量计6自动存储时间、深度及对应的流量值，在采用直读式流量计时；通过地面系统实时显示上述信息并自动绘图；从裸孔段7顶部至裸孔段7底部每间隔3m悬停检测一次，悬停时间为5分钟；悬停深度间隔值、悬停时间均可以根据需要减少或者增大；

4）当流量计6被下放至裸孔7孔底时，开始上提井下流量计6直至地表2，测量结束；

5）确定注浆充填层位：如图3所示，h1-h10为测点编号，以各个测点的流量为横轴、深度为纵轴，将各测量点的深度、流量绘制成曲线，并据此查找流量突降位置；自上向下查找流量曲线，图中当曲线上相邻二个测量点h3,h4出现流量突降时，说明在这二个测量点之间存在第一层注浆充填层位5，其深度处于h3～h4两个测点之间，由于测量点间距仅为3m，小于一般的煤系岩层厚度，因此该定位深度已满足工程需求；

依次查找曲线剩余段内的所有流量突降位置，确定出所有注浆充填层位。在附图中，测点h7与测点h8数值比较时，之间再次出现流量突降的情况，判断h7～h8测点之间存在第二层注浆充填层位；

6）在采煤工作面8推进到距离钻孔不同位置、钻孔注浆充填过程中，选择对同一个注浆钻孔进行多次测试以确定注浆充填层位，以监测注浆充填层位的动态变化；在测试过程中不影响注浆钻孔正常注浆。