【技術實現步驟摘要】
一種基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法
[0001]本專利技術涉及煤礦井下定向鉆孔及智能開采
，具體涉及一種基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法。
技術介紹
[0002]采用底板梳狀長鉆孔技術，將主孔布置在適宜定向鉆進且成孔性好的巖層中，通過分支孔在煤層段延伸，可以解決底板巖巷密集穿層鉆孔采前抽采煤巷條帶瓦斯方法中鉆孔工程量大、穿層孔有效孔段利用率低的問題，將主孔布置在硬巖層位以上，避免所有穿層鉆孔全部需要穿越硬巖層的問題，節(jié)約煤巷條帶預抽瓦斯的時間，同時，在待采工作面施工底板梳狀鉆孔也可替代本煤層抽放鉆孔，完成待采煤層瓦斯超前治理。另外，該技術采用定向鉆進技術，解決構造復雜條件下難以施工長距離順層鉆孔的難題，為工作面接替和礦井安全生產提供保障。目前底板梳狀定向長鉆孔僅用于抽放瓦斯的目的，未能充分利用，可以在底板梳狀定向長鉆孔成孔過程中探測煤巖起伏走向、地質異常體、水害的位置，形成透明工作面，為后續(xù)的精準采煤提供更精細的地質條件和災害預報。
[0003]現有技術存在以下缺陷：
[0004]煤礦井下底板長距離梳狀定向鉆進技術相比常規(guī)鉆探技術，它可以實時測量鉆孔軌跡，動態(tài)控制鉆孔偏斜，還可以通過分支孔進行煤層的探頂、探底作業(yè)，對煤層頂底板標高、煤厚變化、地質異常體探測精度能夠達到分米級別。目前透明工作面的實現方法大都基于物探方法，還未對定向鉆探獲取的數據進行有效利用，完全可以基于定向鉆進對工作面地質條件的探測結果，實現工作面透明化，為煤礦智能開采提供高精度的地質模型。
...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法，其特征在于，包括：步驟1：地質探測獲得建模數據來源，構建工作面初始地質模型；步驟2：設計煤礦井下底板定向梳狀孔，進行定向鉆孔并收集鉆探數據；所述的煤礦井下底板定向梳狀孔包括主孔和分支孔，主孔的開孔傾角大于底板巖層傾角5～10
°
，選擇砂巖層為主孔延伸層位；所述的分支孔由主孔預留分支點向上穿巖進入煤層，得到一個煤層底板探查點，繼續(xù)沿鉆孔軌跡平滑上穿煤層探查到頂板得到一個頂板探查點，獲得探頂次分支孔及探底次分支孔交替行進；步驟3：根據鉆探數據得到巖性分層曲線，巖性分層曲線與鉆孔軌跡聯合得到目標層頂底界面數據集；步驟4：在分層的基礎上，提取各鉆孔實鉆軌跡上構造的位置并對工作面初始地質模型進行修正，將目標層內修正的構造進行聯合，形成構造的數據集；步驟5：根據所述目標層頂底界面數據集和構造的數據集，繪制三維空間分布即得。2.根據權利要求1所述的基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法，其特征在于，所述主孔的鉆孔軌跡彎曲強度不超過1
°
/3m；相鄰探底次分支孔或探頂次分支孔間距保持在3～5m。3.根據權利要求1或2所述的基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法，其特征在于，在滿足瓦斯抽采要求下宜控制主孔間距在5～10m，，主孔采用前進式開分支的方式施工，軌跡設計時應相隔一定距離預留分支點，分支點間距不大于分支孔在煤層中延伸距離。4.根據權利要求1或2所述的基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法，其特征在于，當煤層厚度大于5m且沿煤層厚度方向煤巖性質差異f系數相差超過0.3，將分支孔布置在靠近成孔穩(wěn)定性好的一側；次分支孔數量為分支孔最大延伸距離與次分支孔間距的比值。5.根據權利要求1或2所述的基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法，其特征在于，當待抽采煤層透氣性極差使鉆孔抽采影響半徑小于3m，主孔間隔距離5m仍存在抽采覆蓋盲區(qū)時，分支孔進入煤層后第一個探頂次分支孔靠鉆孔軌跡前進方向偏左或右布置，下一個探頂次分支孔則相應地靠右或左布置，同理布置探底分支孔；孔間隔距離在2～3m且不超過抽采影響范圍，同時左右兩側的次分支孔應能實現前后搭接，避免前進方向的探查及抽采盲區(qū)。6.根據權利要求1或2所述的基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法，其特征在于，所述步驟2的定向鉆孔包括：步驟一：依次連接鉆頭、孔底馬達、下無磁鉆桿、測量探管、上無磁鉆桿、下絕緣鉆桿、鉆桿、水便等孔內鉆具及測量儀器，并接好水泵及準備好鉆機；步驟二：打開鉆機軌跡測量防爆電腦和水泵，啟動鉆機進行底板巖層主孔定向鉆進，鉆至設計分支點后進行第一個主分支孔前進式開分支，繼續(xù)探頂次分支孔和探底次分支孔的鉆進；步驟三：測量探管用于測量鉆孔軌跡信息并由鉆機軌跡測量防爆電腦記錄及存儲，鉆進過程中關注返渣情況，從而判斷巖性變化并及時記錄；
步驟四：應初步利用第一個分支孔探明目標煤層頂底板狀況，遇實鉆揭露與初始地質模型差距較大時，及時根據實鉆結果調整后續(xù)主孔及分支鉆孔設計；步驟五：完成第一個分支孔施工后將鉆具提回主孔后，繼續(xù)進行主孔及后續(xù)分支孔施工；步驟六：完成全部分支鉆孔施工后提鉆，提取孔內測量的存儲數據；步驟七：根據第一個鉆孔的施工數據進行其余鉆孔的設計調整，并重復步驟一至六完成其余設計鉆孔的施工后，提取各鉆孔的孔內施鉆數據。7.根據權利要求1或2所述的基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法，其特征在于，所述步驟3的根據鉆探數據得到巖性分層曲線包括：將目標層在鉆孔軌跡上的分界點提取出來，形成頂底界面分界點數據集，然后進行分層數據集的處理，連接各層分界點，建立巖性分層曲線。8.根據權利要求7所述的基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法，其特征在于，所述分層數據集的處理方法為，將目標層沿層高垂直面網格劃分，則確定了各網格點的x、y坐標，各網格點頂底界面z坐標數據通過其最近3個實測點插值計算得到，相鄰網格點間距為2～3m。9.根據權利要求8所述的基于底板定向梳狀孔的碎軟煤層透明工作面構建方法，其特征在于，以頂板網格點W
ij
(x
ij
，y
ij
，z
ij
)為例，網格點z軸頂板坐標z
ij
插值計算方法為，其相鄰3個最近的實際揭露頂板界面坐標點為M
D1
(x
D1
，y
D1
，z
D1
)、M
D2
(x
D2
，y
D2
，z
D2
)、M
D3
(x
D3
，y
D3
，z
D3
)，兩個點的方向向量M
D1
M
D2
＝(x
D2
?
x
D1
，y
D2
?
y
D1
，z
D2
?
z
D1
)，M
D1
M
D3
＝(x
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張杰，張金寶，姚寧平，宋海濤，魏宏超，田宏亮，管強盛，陳天柱，
申請(專利權)人：中煤科工西安研究院集團有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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