一种多层采空区充填井成井工法的制作方法

本发明涉及矿山勘探开采领域，尤其涉及一种多层采空区充填井的施工方法。

背景技术：

地下矿产开采必然形成采空区，采空区的形成使周边一定范围内的岩体应力重新分布，导致岩石变形、移动和破坏，成为露天开采生产的安全隐患。为了减少岩石和地表移动幅度，减慢其移动的发生和发展，防止大面积的地压活动，避免采空区坍塌或塌陷，必须对采空区进行处理。矿山地下遗留的采空区的处理方法通常有封闭、崩落、充填和支撑等方法。但由于各个矿山的具体条件不同，采空区的位置、形态特征及大小不同，对采空区的处理方法也不尽相同。如何针对地层采空区的条件和特点，综合考虑影响其多层采空区处理方法决策的多种因素，采用先进高效的钻井和充填技术，从多种方案中选择安全可靠、高效经济、技术先进等方面总体效果最佳的施工技术，是确保矿区安全生产的重要环节。

栾川钼矿最早采用地下开采，产生了大量的单层或多次采空区，采空区的高度从几米到几十米不等，多层采空区最多可达五层，采空区埋藏较浅，实际生产过程中，重型设备要在采空区上部工作，给实际生产带来了安全隐患。因此，对工作面以下的采空区要进行处理，以确保安全生产。

目前处理采空区的方法有以下几种：（1）强制崩落围岩；（2）围岩自然崩落充填采空区；（3）用矿石垫层将作业区段和采空区隔开；（4）用废石、选矿尾砂或尾砂加其它胶结材料充填采空区；（5）预留永久矿柱支撑采空区；（6）矿柱支撑和充填联合处理采空区；（7）密闭采空区；（8）以上几种方法联合处理采空区。

以上现有的几种采空区处理技术均有其局限性，均不能解决多层采空区充填的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有采空区处理的局限性和不足，提供一种能够解决多层采空区充填的采空区成井方法；

一种多层采空区充填井成井工法，包括以下步骤：

步骤一、小口径钻进：从地表向采空区内钻孔，形成钻孔；由于矿区地层坚硬破碎，要采用潜孔锤钻进技术进行钻孔；

步骤二、钻到采空区的底板，获得采空区高度；下入采空区探测仪，探测第一采空区的范围；

步骤三、穿过第一层采空区继续钻进，钻进第二层采空区，钻穿后把钻具从孔中提出，下入探测仪器，探测第二层采空区的范围；

步骤四、继续步骤二和步骤三，可继续探明下部采空区；

步骤五、大口径钻进：采用大直径潜孔锤钻进方法把小口径钻孔扩大到所需直径（φ450mm）；

步骤六、把直径5-10mm的碎石充填至第一层采空区，充填到顶部时下入钻具回转，扩大顶部碎石面积，再填满顶部；

步骤七、用带有注浆喷嘴的钻头钻进至第一层采空区底板，然后用注浆泵通过注浆钻杆向喷嘴注入水泥浆，边旋转钻头边缓慢向上移动钻头，确保水泥浆充满钻头周围的碎石空隙，以形成由碎石和水泥浆组成具有一定强度的水泥碎石桩；

步骤八、下入大直径钻头在形成的水泥碎石桩内钻孔，形成大直径钻孔；形成充填碎石的通道；

步骤九、大直径钻头穿过第一层采空区后，继续向下钻进，钻至第二层采空区的顶板；

步骤十、将大直径钻具从孔中提出，然后用跟管钻头把已选好的套管带入孔内，作为充填碎石的通道；

步骤十一、重复步骤一至步骤十，可穿越二层以上采空区。

附图说明

图1勘探多层采空区的钻孔图。

图2大直径扩孔钻进示意图示意图。

图3采空区充填碎石支护示意图。

图4碎石内旋喷注浆形成碎石桩示意图。

图5碎石桩内大直径扩孔钻进示意图。

图6跟管钻进下入套管示意图。

1—钻杆，2—潜孔锤，3—潜孔锤钻头，4—大直径潜孔锤，5—大直径钻头，6—碎石，7—注浆钻杆，8—注浆管，9—喷嘴，10—导向钻头，11—水泥碎石桩，12—潜孔锤跟管钻头，13—套管靴，14—套管，15—孔口板，ⅰ—第一层采空区，ⅱ—第二层采空区，ⅲ—第三层采空区。

具体实施方式

一种多层采空区充填井成井工法，包括以下步骤：

步骤一、参见图1所示，小口径钻进：从地表向地下钻孔，用钻杆1、潜孔锤2和潜孔锤钻头3的钻具组合，钻进直径φ140钻孔到第一层采空区ⅰ底板；

步骤二、从孔中下入井下电视，观察底板表面的平整程度，以确定在采空区底板的钻进工艺；

步骤三、根据采空区底板情况，选择穿越采空区的特殊钻进方法，垂直在底板上开孔；

步骤四、继续钻进至第二层采空区ⅱ的底板，探明第二层采空区ⅱ位置，将钻具提出孔外；下入井下电视；重复步骤四，钻穿第三层采空区ⅲ和下一采空区；

步骤五、大口径钻进：参见图2，选择钻杆直径φ200mm、潜孔锤直径φ300mm、钻头直径φ450mm的大口径钻具组合，将步骤一中的小孔扩大为至设计口径；

步骤六、参见图3，从已钻成的大口径钻孔中注入直径5-10mm的碎石6，注入到第一层采空区ⅰ顶板；

步骤七、下入大口径钻头，在碎石堆顶端回转，使锥体碎石的顶部面积扩大，提钻再灌注碎石，直到第一层采空区顶板；

步骤八、参见图4，采用小口径钻进方法，在锥形碎石堆中形成钻孔，下入注浆钻杆7、注浆管8、带有喷嘴9的导向钻头10，在碎石中钻进，钻进至第一层采空区ⅰ底板后，开动注浆泵，使水泥浆液从喷嘴高速喷出，进入碎石6中；

步骤九、边旋转钻头边缓慢向上移动钻具钻头，使水泥浆液尽可能地向周围高速喷射，与碎石胶结形成较大直径的水泥碎石桩11；

步骤十、待水泥浆液与碎石固结后，如图5所示，重复大口径钻进过程，在碎石桩11中钻出大直径孔；这就完成了第一层采空区ⅰ大直径钻孔。

步骤十一、重复步骤十，可在二层以上采空区钻成大直径钻孔；

步骤十二、参见图6，形成大直径钻孔后，为防止充填碎石过程中卡堵，要在大直径钻孔中再下入无缝钢管（套管）；

步骤十三、用潜孔锤跟管钻头12带动套管靴13，套管靴13带动套管14，使套管底端进入充填采空区的顶板处，在地面把孔口板15和套管14顶端焊接在一起，防止套管14滑落入孔内，即可进行碎石充填工作。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种多层采空区充填井成井工法，该工法采用如下步骤：用小口径勘探孔探明多层采空区的位置；根据勘探情况，选择扩孔钻具，进行扩孔；穿越第一层采空区后，用碎石充填第一采空区；用带有注浆喷嘴的小口径钻具，钻进至采空区底板，然后进行旋喷注浆，在碎石内形成由碎石和注浆材料组成的碎石桩；用扩孔钻具钻穿已形成的碎石桩，在碎石层中形成充填井；用跟管钻具把选择好的钢管下入充填井内，形成充填通道；重复以上步骤可穿越两层以上的空区。本发明解决了穿越多层采空区进行充填井施工的钻井技术问题。

技术研发人员：王茂森;博坤;廉墨客;苏向荣;彭枧明
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2017.10.25
技术公布日：2018.03.20