CN116557039A - 矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法，矿井的灾害层包括：自下而上依次分布的底板水层、煤矿瓦斯层、开采沉陷层；所述矿井的灾害协同治理孔结构包括：基础孔和治理孔；所述基础孔贯穿所述开采沉陷层、所述煤矿瓦斯层、所述底板水层；所述治理孔的一端连通所述基础孔，所述治理孔的另一端朝向所述底板水层、所述煤矿瓦斯层、所述开采沉陷层当中的一者或多者延伸。本发明采用一个基础孔，设置不同井型的治理孔，对多种灾害进行针对性地单独治理，实现对煤层底板突水、瓦斯、地面沉陷等多种矿山灾害的立体协同治理。

Description

矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法

技术领域

本发明涉及矿井灾害综合治理技术领域，尤其涉及一种矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法。

背景技术

煤炭开采过程中，常常面临底板承压水突水、煤层瓦斯超限、地面开采沉陷等问题，与之相对应的即矿井水害、瓦斯灾害和开采沉陷灾害。

底板涌(突)水，是煤层底板的承压含水层内的水在水压、矿压等因素的作用下，通过在底板岩体内形成的破坏面构成的导水通道，以突然的方式涌入工作面或巷道的现象。最近二三十年，随着煤炭开采转入深部，煤层底板隔水层厚度越来越薄，承受的水压越来越大，底板突水概率、危险性逐年增大。众所周知，突水三个要素条件为突水水源、导水通道和充水强度。目前，预防底板突水通常是对突水水源层进行注浆改造，变含水层为相对隔水层，同时注浆浆液封堵导水通道，阻断底板含水层水进入煤矿井巷。底板水害定向钻区域治理技术一般是先施工定向分支钻孔，成孔后进行高压注浆治理工作，最终实现对底板含水层进行注浆改造、对断层等导水通道进行注浆封堵。

矿井瓦斯(煤层气)主要生成于煤层中，赋存于煤层及其顶底板围岩中，当煤层中的瓦斯含量超过一定值时，易发生煤与瓦斯突出事故，工作面掘采过程中易发生瓦斯爆炸事故。因而，在煤层回采之前，需要对瓦斯进行抽采，直至达到《防治煤与瓦斯突出细则》相关要求。常用的瓦斯抽采方法包括煤矿井下采用本煤层顺层抽放、高抽巷、底抽巷布置穿层钻孔抽放以及采空区束管抽放等。近年来，地面定向钻孔的预抽被普遍采用，即在井巷开拓前，对待采区煤层进行地面超前抽放，以实现降低煤层中瓦斯含量的目的。

煤层开采后，煤层覆岩产生垮落带、裂缝带、离层带、弯曲下沉带，最终在地面形成下沉盆地，即煤层采出后，地表岩层收到拉伸、剪切、挤压等多种类型的破坏。当地面有村庄等建筑物时，这些建构筑物将受到采动影响而破坏。为了减轻或控制开采沉陷的不利影响，一般采用协调开采、部分开采、充填开采等特殊采煤方法。地面钻孔的注浆充填离层带减沉方法是近年来实践较多的有效减沉方法。

但现有技术中，一个矿井同时面临底板水害、煤层瓦斯和开采沉陷等多种灾害问题时，尚无一种统筹治理方法可对其进行有效治理。

发明内容

本发明提供一种矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法，用以解决现有技术中无法对同时面临底板水害、煤层瓦斯和开采沉陷的矿井进行有效治理的问题。

本发明提供一种矿井的灾害协同治理孔结构，矿井的灾害层包括：自下而上分布的底板水层、煤矿瓦斯层、开采沉陷层；所述矿井的灾害协同治理孔结构包括：基础孔和治理孔；所述基础孔贯穿所述开采沉陷层、所述煤矿瓦斯层、所述底板水层；所述治理孔的一端连通所述基础孔，所述治理孔的另一端朝向所述底板水层、所述煤矿瓦斯层、所述开采沉陷层当中的一者或多者延伸。

根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述治理孔包括：水害治理孔，所述水害治理孔包括：第一定向孔和第一导向孔；所述第一定向孔的一端与所述基础孔的尾端连通，所述第一定向孔的另一端沿所述底板水层的延伸方向水平延伸；所述第一导向孔的一端与所述第一定向孔连通，所述第一导向孔的另一端沿所述底板水层的延伸方向垂直延伸；所述第一导向孔内设置有第一导向射流装置，所述第一导向射流装置用于导向射流，以寻找垂向的导水通道。

根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述治理孔还包括：第一瓦斯治理孔，所述第一瓦斯治理孔包括：第二定向孔和多个第二导向孔；所述基础孔位于所述煤矿瓦斯层与所述开采沉陷层之间的孔部与所述第二定向孔的一端连通，所述第二定向孔的另一端沿所述煤矿瓦斯层的延伸方向水平延伸；所述第二导向孔的一端与所述第二定向孔连通，所述第二导向孔的另一端沿所述煤矿瓦斯层的延伸方向垂直延伸，多个所述第二导向孔沿所述第二定向孔的延伸方向间隔排布；所述第二导向孔内设置有第二导向射流装置，所述第二导向射流装置用于导向射流，以对所述煤矿瓦斯层进行压裂增透。

根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述治理孔还包括：第二瓦斯治理孔，所述基础孔位于所述煤矿瓦斯层与所述开采沉陷层之间的孔部与所述第二瓦斯治理孔的一端连通，所述第二瓦斯治理孔的另一端沿所述煤矿瓦斯层的延伸方向垂直延伸，并贯穿所述煤矿瓦斯层；所述第二瓦斯治理孔内设置有所述第二导向射流装置。

根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述治理孔还包括：沉陷治理孔，所述基础孔位于所述开采沉陷层上方的孔部与所述沉陷治理孔的一端连通，所述沉陷治理孔的另一端伸入所述开采沉陷层；所述沉陷治理孔用于进行注浆作业。

根据本发明提供的一种矿井的灾害协同治理孔结构，所述基础孔的孔壁可选择地钻设有窗口，所述窗口位于所述开采沉陷层与所述煤矿瓦斯层之间和/或所述开采沉陷层的上方；所述治理孔的一端与所述窗口连通。

本发明还提供一种矿井的灾害协同治理方法，基于上述任一项所述矿井的灾害协同治理孔结构，矿井灾害包括：底板水害、煤矿瓦斯、地表开采沉陷；所述矿井的灾害协同治理方法包括：基于所述矿井灾害的时空关系，进行基础孔的钻孔作业；基于底板水层的第一空间位置，钻设水害治理孔，通过所述水害治理孔对所述底板水层进行注浆治理；基于煤矿瓦斯层的第二空间位置，钻设第一瓦斯治理孔或第二瓦斯治理孔，通过所述第一瓦斯治理孔或所述第二瓦斯治理孔抽取瓦斯；基于开采沉陷层的第三空间位置，钻设沉陷治理孔，通过所述沉陷治理孔对所述开采沉陷层进行注浆充填。

根据本发明提供的矿井的灾害协同治理方法，所述基于底板水层的第一空间位置，钻设水害治理孔之后，还包括：在所述水害治理孔中进行指定方位角射流，基于射流液的漏失情况，确定导水通道的位置；对所述导水通道进行注浆。

根据本发明提供的矿井的灾害协同治理方法，所述基于煤矿瓦斯层的第二空间位置，钻设第一瓦斯治理孔或第二瓦斯治理孔，包括：

基于所述煤矿瓦斯层的第二空间位置，对所述基础孔开设第一开窗点；基于所述第一开窗点和所述第二空间位置，钻设第二定向孔和多个第二导向孔；在多个所述第二导向孔内进行压裂增透；或者，基于所述煤矿瓦斯层的第二空间位置，对所述基础孔开设第二开窗点；基于所述第二开窗点和所述第二空间位置，钻设所述第二瓦斯治理孔；在所述第二瓦斯治理孔内进行压裂增透。

根据本发明提供的矿井的灾害协同治理方法，所述基于开采沉陷层的第三空间位置，钻设沉陷治理孔之前，包括：对所述水害治理孔、所述第一瓦斯治理孔及所述第二瓦斯治理孔进行封孔作业；基于所述开采沉陷层的第三空间位置，对所述基础孔开设第三开窗点；基于所述第三空间位置和所述第三开窗点，钻设所述沉陷治理孔；所述沉陷治理孔进入开采沉陷层并位于建筑物下方。

本发明提供的矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法，在矿井存在底板水害、煤矿瓦斯、开采沉陷等一种或多种灾害的情况下，采用一个基础孔，采用不同井型的治理孔，对多种灾害进行针对性地单独治理。治理孔的一端连通所述基础孔，治理孔的另一端朝向灾害层延伸，针对底板水害从基础孔的孔壁的对应位置钻设水害治理孔，针对煤矿瓦斯从基础孔的孔壁的对应位置钻设瓦斯治理孔，针对开采沉陷从基础孔的孔壁的对应位置钻设沉陷治理孔，从而实现对煤层底板突水、瓦斯、地面沉陷等多种矿山灾害的立体协同治理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一些实施例提供的矿井的灾害协同治理孔结构的结构示意图之一；

图2是本发明一些实施例提供的基础孔的结构示意图。

附图标记：

111：开采沉陷层；112：底板水层；1121：陷落柱；113：煤矿瓦斯层；

120：基础孔；121：垂直段；122：造斜段；123：水平段；124：第一套管；125：第二套管；126：裸孔段；127：第一开窗点；128：第二开窗点；129：第三开窗点；

130：水害治理孔；131：第一定向孔；132：第一导向孔；

140：第一瓦斯治理孔；141：第二定向孔；142：第二导向孔；150：第二瓦斯治理孔；

160：沉陷治理孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，对底板承压水突水、煤层瓦斯超限、地面开采沉陷等三种矿山灾害主要采用各个击破、分别治理的方案，尚无一种采用一个钻孔(主孔)实现三种灾害协同治理的方法。

当一个矿井同时面临底板水害、煤层瓦斯和开采沉陷问题时，寻找一种同时治理三种灾害的治理孔结构和治理方法显得尤为急迫。

为此，本发明提出了一种矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法，以解决上述问题。

下面结合图1和图2描述本发明的矿井的灾害协同治理孔结构及灾害协同治理方法。

矿井的灾害包括：底板水害、煤矿瓦斯灾害及开采沉陷灾害，矿井的灾害层为：自下而上分布的底板水层112、煤矿瓦斯层113、开采沉陷层111。

其中，底板水层112可以为奥灰含水层，煤矿瓦斯层113为煤层，开采沉陷层111为离层带。

如图1所示，本发明的矿井的灾害协同治理孔结构，包括：基础孔120和治理孔；基础孔120贯穿开采沉陷层111、煤矿瓦斯层113、底板水层112；治理孔的一端连通基础孔120，治理孔的另一端朝向底板水层112、煤矿瓦斯层113、开采沉陷层111当中的一者或多者延伸。

其中，基础孔120是根据底板水层112、煤矿瓦斯层113、开采沉陷层111三种灾害赋存的空间位置，进行的钻孔，通过基础孔120能够到达底板水层112、煤矿瓦斯层113、开采沉陷层111。

其中，治理孔可以分别根据底板水层112、煤矿瓦斯层113、开采沉陷层111三种灾害当中的一种或多种，以针对灾害层的空间分布展开针对性的钻设，进而可根据不同的灾害类型，从基础孔120、治理孔到达灾害层，对灾害层展开治理。

本发明提供的矿井的灾害协同治理孔结构，在矿井存在底板水害、煤矿瓦斯、开采沉陷等一种或多种灾害的情况下，采用一个基础孔120，采用不同井型的治理孔，对多种灾害进行针对性地单独治理。治理孔的一端连通基础孔120，治理孔的另一端朝向灾害层延伸，针对底板水害从基础孔120的孔壁的对应位置钻设水害治理孔130，针对煤矿瓦斯从基础孔120的孔壁的对应位置钻设瓦斯治理孔，针对开采沉陷从基础孔120的孔壁的对应位置钻设沉陷治理孔160，从而实现对煤层底板突水、瓦斯、地面沉陷等多种矿山灾害的立体协同治理。

本发明提供的矿井的灾害协同治理孔结构的理论基础为：矿井的灾害层自下而上依次分布的底板水层112、煤矿瓦斯层113、开采沉陷层111，三种灾害治理的时间先后顺序为：底板承压水害→煤层瓦斯灾害→地面开采沉陷灾害。

需要说明的是，底板承压水害和煤层瓦斯灾害发生在煤层回采之前，地面开采沉陷灾害发生在煤层回采之后，因此，对地面开采沉陷灾害的治理为最后一步。由于液体与气体的物理性质，若同时存在底板承压水害和煤层瓦斯灾害，底板承压水害位于煤层瓦斯灾害的下方，可以自下而上进行治理，先治理底板承压水害，再治理煤层瓦斯灾害。

可以理解的是，在矿井同时存在底板水害、煤矿瓦斯、开采沉陷等多种灾害的情况下，或者矿井存在底板水害、煤矿瓦斯、开采沉陷当中的一种的情况下，均可以在本发明提供的基础孔120上进行钻孔施工开窗工艺，实现针对单灾害的多灾害协同治理。

进一步的，治理孔包括：水害治理孔130，水害治理孔130包括：第一定向孔131和第一导向孔132；第一定向孔131的一端与基础孔120的尾端连通，第一定向孔131的另一端沿底板水层112的延伸方向水平延伸；第一导向孔132的一端与第一定向孔131连通，第一导向孔132的另一端沿底板水层112的延伸方向垂直延伸；第一导向孔132内设置有第一导向射流装置，第一导向射流装置用于导向射流，以寻找垂向的导水通道。

其中，第一导向射流装置可以为本领域所公知的可进行导向射流的射流器。

其中，基础孔120的尾端位于底板水层112，可直接从基础孔120的尾端施工，开钻出水害治理孔130，无需重新开孔，后续对煤矿瓦斯层113、开采沉陷层111的治理，均可在基础孔120的基础上进行，实现一孔多用，多种灾害协同治理。

基础孔120的尾端为裸孔段126，便于直接在底板水层112展开治理工作，便于注浆。

在一些实施例中，第一定向孔131可以为水平定向孔，可先施工水平定向孔，采用分段前进式注浆工艺进行施工作业，达到加固煤层底板隔水层、改造含水层的目的。

在第一定向孔131的孔壁上钻设第一导向孔132，第一导向孔132可以为垂向孔，第一导向射流装置沿第一导向孔132的径向射流，以对底板水层112进行压裂。

其中，参照物探等探测结果，对第一导向孔132采用导向射流工艺，按照方位角分批次压裂，当压裂液全部漏失时，即找到垂向的导水通道的位置与方位。找到导水的垂向通道(陷落柱或断层)后，对导水通道进行注浆治理。

底板水害又称为突水，突水发生的三个要素条件为：突水水源、导水通道和充水强度。

要预防底板水害，最常用的工程治理方法是对突水水源层进行注浆改造，变含水层为相对隔水层，同时注浆浆液封堵垂向的导水通道，阻断底板含水层水进入煤矿井巷。

底板水害的治理主要有两种：一种是井下治理，即在煤层巷道进行钻探施工，钻遇底板出水时，进行注浆作业，通过井下注浆，实现对隔水层的加固、含水层的改造以及断层等地质构造的封堵，该方法可实现井下局部治理；另一种是地面区域治理，即在地面采用石油定向钻机进行定向孔施工，多分支定向水平孔钻遇漏失地层时，则进行高压注浆，各个分支钻进、注浆完成后，可实现对煤层底板的区域性治理。

传统治理一般在井下进行局部治理，部分矿区实施了地面区域治理工程。针对垂向通道的治理，传统治理方法只有钻孔钻遇到断层或陷落柱才能进行注浆治理，较为被动。

本发明提出“主动型”探寻导水通道的探治一体化方法，在水害治理孔130中设置第一导向射流装置，通过第一导向射流装置采用指定方位角射流，进而通过钻孔漏失量循环和漏失情况，确定垂向的导水通道的位置，最终采用注浆方法对煤层底板隐伏的陷落柱1121、断层进行治理。

其中，指定方向可以为垂向通道的径向。

在一些实施例中，如图1和图2所示，基础孔120包括三段，即一开垂直段121、二开造斜段122和三开水平段123。

垂直段121位于开采沉陷层111的上方和部分开采沉陷层111内，便于地面施工钻孔；水平段123位于底板水层112，便于水害治理；造斜段122位于底板水层112和开采沉陷层111之间，用于垂直段121和水平段123的缓冲，通过设置造斜段122，垂直段121与水平段123接近平滑连接，便于水害和沉陷治理时注浆。

其中，基础孔120包括孔壁、第一套管124、第二套管125和裸孔段126，第一套管124设置于孔壁内，第二套管125设置于第一套管124内，且第二套管125长于第一套管124，裸孔段126自第二套管125的尾端向外延伸。

在一些实施例中，第一套管124和第二套管125的首端与孔壁的首端齐平，第一套管124的尾端位于开采沉陷层111的上方，第二套管125的尾端位于底板水层112内。

在本实施例中，通过设置多层套管，一是可以防止钻孔钻进过程中岩块掉落堵塞钻孔，起到护壁的作用；二是可以防止三开裸孔段注浆时，浆液进入二开造斜段。

具体的，通过设置多个套管，一般在松散层设置第一套管124，第一套管124位于第一层，可有效阻隔松散层的物质进入钻孔内造成钻孔堵孔；在造斜段设置第二套管125，第二套管125位于第二层，可有效阻止第一套管124下部地层岩石掉入孔内堵塞短孔或将三开裸孔段与造斜段隔离开，防止浆液进入二开造斜段。

其中，孔壁、第一套管124、第二套管125和裸孔段126的直径和长度和根据实际情况进行设定。

在一些实施例中，第一段的孔壁内径可以为311mm，第一套管124：直径×厚度为244.5×8.94mm，第二段的孔壁内径可以为216mm，第二套管125：直径×厚度为177.8×8.05mm，裸孔直径为152.4mm。

在一些实施例中，基础孔120的孔壁可选择地钻设有窗口，窗口位于开采沉陷层111与煤矿瓦斯层113之间和/或开采沉陷层111的上方；治理孔的一端与基础孔120的尾端和/或窗口连通。

其中，在治理煤矿瓦斯灾害的情况下，窗口可位于开采沉陷层111与煤矿瓦斯层113之间的造斜段122；在开采沉陷的情况下，窗口可位于开采沉陷层111的上方。

在一些实施例中，水害治理完毕后，可采用套管开窗工艺对基础孔120开窗，窗口位于煤矿瓦斯层113与开采沉陷层111之间的孔部开窗，钻设第一瓦斯治理孔140或第二瓦斯治理孔150，开始对煤层瓦斯的治理，治理方式至少包括以下两种。

其一，治理孔还包括：第一瓦斯治理孔140，第一瓦斯治理孔140包括：第二定向孔141和多个第二导向孔142；第二定向孔141的一端与基础孔120位于煤矿瓦斯层113与开采沉陷层111之间的孔部连通，第二定向孔141的另一端沿煤矿瓦斯层113的延伸方向水平延伸；第二导向孔142的一端与第二定向孔141连通，第二导向孔142的另一端沿煤矿瓦斯层113的延伸方向垂直延伸，多个第二导向孔142沿第二定向孔141的延伸方向间隔排布；第二导向孔142内设置有第二导向射流装置，第二导向射流装置用于导向射流，以对煤矿瓦斯层113进行压裂增透。

其中，第二定向孔141为在煤层顶板施工的定向水平孔，第二导向孔142为沿煤层顶板垂向延伸的垂向孔，在第二导向孔142中采用导向射流增透工艺，实现对煤层瓦斯的预抽采。

其中，第二导向射流装置可以为本领域所公知的可进行导向射流的射流器。

在本治理方式中，利用基础孔120的造斜段122，在造斜段122的孔壁的侧钻点进行套管开窗作业，采用侧向水力导向孔造孔后，形成第二定向孔141，对煤层进行压裂预抽。

第二定向孔141保持在煤层顶板上第一设定距离，第二定向孔141至设计终孔位置，第一设定距离为5-10m，第二定向孔141保持在煤层顶板上5-10m的位置。

沿第二定向孔141的延伸方向，每隔第二设定距离设置一个侧钻点并进行侧钻作业形成第二导向孔142，在第二导向孔142内采用水力喷射方式形成多个射流孔，射流孔按设计顺序依次排布，各射流孔成孔后进行水力压裂增透作业。

其中，第二设定距离为100～200m。

其二，治理孔还包括：第二瓦斯治理孔150，第二瓦斯治理孔150的一端与基础孔120位于煤矿瓦斯层113与开采沉陷层111之间的孔部连通，第二瓦斯治理孔150的另一端沿煤矿瓦斯层113的延伸方垂直向延伸，并贯穿煤矿瓦斯层113；第二瓦斯治理孔150内设置有第二导向射流装置。

在本治理方式中，利用基础孔120的垂直段121，采用垂向定位技术，在基础孔120的造斜段122的第一开窗点127处进行开窗，开窗后定向垂直钻井，直至到达煤层底板40-70m位置处终孔，形成第二瓦斯治理孔150；在煤层中利用导向射流技术，采用水力喷射方式在煤层中成孔，形成多层射流孔，射流孔按设计顺序依次成排布，各射流孔成孔后进行水力压裂增透作业。

本实施例中，底板水害治理完毕后，当治理煤矿瓦斯时，对造斜段122钻孔进行开窗，在煤层顶板施工水平孔形成第二定向孔141，或对造斜段122钻孔开窗将治理孔的垂直段121进行延伸形成第二瓦斯治理孔150，直至钻进至煤层底板的目标设计位置。

其中，可基于施工成本预算的考虑选择第一瓦斯治理孔140或第二瓦斯治理孔150，在治理孔的垂直段121进行延伸成本较低，在煤层顶板施工水平孔成本较高。

相关技术中，煤矿瓦斯灾害的治理主要有地面预抽、井下抽采两类。当煤层含气量、渗透性良好时，优先在地面布置预抽钻孔，一般瓦斯的地面预抽率要达到30％；当地质条件复杂、低渗煤层抽放时，地面预抽效果不好或不适合地面预抽，则瓦斯治理工作主要在井下进行，即采用底抽巷、高抽巷、高位钻孔、穿层钻孔、顺层钻孔、采空区束管抽采等多种形式的抽采孔进行瓦斯抽采，直至达到国家规程、规范要求。

但现有的煤矿瓦斯灾害的治理的孔结构存在结构复杂，施工难度大的缺点。

本实施例通过基础孔120开展对煤矿瓦斯的治理，可直接从基础孔120的孔壁施工，开钻出第一瓦斯治理孔140或第二瓦斯治理孔150，无需重新开孔，实现一孔多用；采用进行侧钻及第二导向射流装置造第二导向孔142和多个射流孔，进而压裂增透，简化施工难度，保证治理效果。

进一步的，治理孔还包括：沉陷治理孔160，沉陷治理孔160的一端与基础孔120位于开采沉陷层111上方的孔部连通，沉陷治理孔160的另一端伸入开采沉陷层111，且沉陷治理孔160的终孔位于建筑物的下方；沉陷治理孔160用于进行注浆作业。

其中，沉陷治理孔160为定向钻孔。

相关技术中，煤层开采形成的沉陷盆地的治理主要采用地面回填、垂直钻孔离层带注浆等方法进行治理。

传统的地面离层带注浆减沉方法是在建筑物外围，采用垂直钻孔钻进至煤层顶板离层带进行注浆。

本发明的沉陷治理孔160，一方面可直接从基础孔120的垂直段121开窗施工，开钻沉陷治理孔160，通过基础孔120的垂直段121、沉陷治理孔160进行注浆作业，无需重新开孔，实现一孔多用，多种灾害协同治理；另一方面，将沉陷治理孔160定位至要保护的建筑物下方的离层带，进行注浆减沉，治理效果更优。

本发明提供的矿井的灾害协同治理孔结构，可通过设置基础孔120，可对三种矿井灾害采用各个击破，分别治理的方案，实现一孔多用的协同治理。

本发明还提供一种矿井的灾害协同治理方法，本发明的矿井的灾害协同治理方法基于上述任一项矿井的灾害协同治理孔结构。

本发明的矿井的灾害协同治理方法包括：基于矿井灾害的时空关系，进行基础孔120的钻孔作业；基于底板水层112的第一空间位置，钻设水害治理孔130，通过水害治理孔130对底板水层112进行注浆治理；基于煤矿瓦斯层113的第二空间位置，钻设第一瓦斯治理孔140或第二瓦斯治理孔150，通过第一瓦斯治理孔140或第二瓦斯治理孔150抽取瓦斯；基于开采沉陷层111的第三空间位置，钻设沉陷治理孔160，通过沉陷治理孔160对开采沉陷层111进行注浆充填。

其中，注浆治理包括对底板含水层进行注浆改造、对断层等导水通道进行注浆封堵，对隔水层进行注浆加固。

其中，矿井灾害的时空关系包括：矿井灾害的空间关系和矿井灾害治理的时间顺序。

矿井灾害的空间关系为：自下而上分布的底板水害、煤矿瓦斯灾害、开采沉陷灾害。

三种灾害治理的时间顺序为：底板承压水→煤层瓦斯→地面开采沉陷灾害。

本发明提供的矿井的灾害协同治理方法，基于矿井的灾害协同治理孔结构，可利用一孔多用对三种矿井灾害各个击破，分别治理。

进一步的，基于底板水层112的第一空间位置，钻设水害治理孔130之后，还包括：在水害治理孔130中进行指定方位角射流，基于射流液的漏失情况，确定导水通道的位置；对导水通道进行注浆。

其中，第一导向射流装置进行指定方位角射流，以通过水压对底板水层112进行压裂。

其中，指定方位角可以为工作人员根据实际灾害情况进行的设定数值。

进一步的，基于煤矿瓦斯层113的第二空间位置，钻设第一瓦斯治理孔140或第二瓦斯治理孔150，包括：基于煤矿瓦斯层113的第二空间位置，对基础孔120开设第一开窗点127；基于第一开窗点127和第二空间位置，钻设第二定向孔141和多个第二导向孔142；在多个第二导向孔142内进行压裂增透；或者，基于煤矿瓦斯层113的第二空间位置，对基础孔120开设第二开窗点128；基于第二开窗点128和第二空间位置，钻设第二瓦斯治理孔150；在第二瓦斯治理孔150内进行压裂增透。

其中，第一瓦斯治理孔140包括第二定向孔141和多个第二导向孔142。

在本实施例中，可根据施工预算选择钻设第一瓦斯治理孔140或第二瓦斯治理孔150。

其中，第一开窗点127位于基础孔120的造斜段122，便于第二定向孔141的定向水平钻设；第二开窗点128靠近基础孔120的垂直段121，以便于第二瓦斯治理孔150的定向垂向钻设。

进一步的，基于开采沉陷层111的第三空间位置，钻设沉陷治理孔160之前，包括：对水害治理孔130、第一瓦斯治理孔140及第二瓦斯治理孔150进行封孔作业；基于开采沉陷层111的第三空间位置，对基础孔120开设第三开窗点129；基于第三空间位置和第三开窗点129，钻设沉陷治理孔160；沉陷治理孔160进入开采沉陷层111并位于建筑物下方。

其中，在治理地面开采沉陷灾害前，需要对水害治理、煤层瓦斯治理的开窗点进行封堵作业。

其中，第三开窗点129位于开采沉陷层111的上方。

其中，水害治理孔130、瓦斯治理孔、沉陷治理孔160均可采用定向钻进技术。

例如，水害治理孔130可以为定向水平孔，第一瓦斯治理孔140可以为定向水平孔，第二瓦斯治理孔150可以为定向垂直孔，沉陷治理孔160可以为大位移定向井钻进的孔。

在实际的灾害治理中，先治理煤层底板水害，采用的工艺为定向钻孔注浆封堵，注浆钻孔层位是煤层底板某层稳定的砂岩或灰岩含水层；再治理煤层瓦斯，采用定向水平孔或垂直孔，定向水平孔布置在煤层顶板5-10m范围内，垂向钻孔自地表至煤层底板40-70m；最后治理地表的开采沉陷，采用大位移定向井钻进，钻孔施工至煤层顶板导水裂缝带之上20-100m范围内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种矿井的灾害协同治理孔结构，其特征在于，矿井的灾害层包括：自下而上分布的底板水层、煤矿瓦斯层、开采沉陷层；

所述矿井的灾害协同治理孔结构包括：基础孔和治理孔；

所述基础孔贯穿所述开采沉陷层、所述煤矿瓦斯层、所述底板水层；

所述治理孔的一端连通所述基础孔，所述治理孔的另一端朝向所述底板水层、所述煤矿瓦斯层、所述开采沉陷层当中的一者或多者延伸。

2.根据权利要求1所述的矿井的灾害协同治理孔结构，其特征在于，

所述治理孔包括：水害治理孔，所述水害治理孔包括：第一定向孔和第一导向孔；

所述第一定向孔的一端与所述基础孔的尾端连通，所述第一定向孔的另一端沿所述底板水层的延伸方向水平延伸；所述第一导向孔的一端与所述第一定向孔连通，所述第一导向孔的另一端沿所述底板水层的延伸方向垂直延伸；

所述第一导向孔内设置有第一导向射流装置，所述第一导向射流装置用于导向射流，以寻找垂向的导水通道。

3.根据权利要求1所述的矿井的灾害协同治理孔结构，其特征在于，

所述治理孔还包括：第一瓦斯治理孔，所述第一瓦斯治理孔包括：第二定向孔和多个第二导向孔；

所述基础孔位于所述煤矿瓦斯层与所述开采沉陷层之间的孔部与所述第二定向孔的一端连通，所述第二定向孔的另一端沿所述煤矿瓦斯层的延伸方向水平延伸；所述第二导向孔的一端与所述第二定向孔连通，所述第二导向孔的另一端沿所述煤矿瓦斯层的延伸方向垂直延伸，多个所述第二导向孔沿所述第二定向孔的延伸方向间隔排布；

所述第二导向孔内设置有第二导向射流装置，所述第二导向射流装置用于导向射流，以对所述煤矿瓦斯层进行压裂增透。

4.根据权利要求3所述的矿井的灾害协同治理孔结构，其特征在于，

所述治理孔还包括：第二瓦斯治理孔，所述基础孔位于所述煤矿瓦斯层与所述开采沉陷层之间的孔部与所述第二瓦斯治理孔的一端连通，所述第二瓦斯治理孔的另一端沿所述煤矿瓦斯层的延伸方向垂直延伸，并贯穿所述煤矿瓦斯层；

所述第二瓦斯治理孔内设置有所述第二导向射流装置。

5.根据权利要求1所述的矿井的灾害协同治理孔结构，其特征在于，

所述治理孔还包括：沉陷治理孔，所述基础孔位于所述开采沉陷层上方的孔部与所述沉陷治理孔的一端连通，所述沉陷治理孔的另一端伸入所述开采沉陷层；

所述沉陷治理孔用于进行注浆作业。

6.根据权利要求1至5任一项所述的矿井的灾害协同治理孔结构，其特征在于，

所述基础孔的孔壁可选择地钻设有窗口，所述窗口位于所述开采沉陷层与所述煤矿瓦斯层之间和/或所述开采沉陷层的上方；

所述治理孔的一端与所述窗口连通。

7.一种矿井的灾害协同治理方法，基于权利要求1至6任一项所述矿井的灾害协同治理孔结构，其特征在于，矿井灾害包括：底板水害、煤矿瓦斯、地表开采沉陷；所述矿井的灾害协同治理方法包括：

基于所述矿井灾害的时空关系，进行基础孔的钻孔作业；

基于底板水层的第一空间位置，钻设水害治理孔，通过所述水害治理孔对所述底板水层进行注浆治理；

基于煤矿瓦斯层的第二空间位置，钻设第一瓦斯治理孔或第二瓦斯治理孔，通过所述第一瓦斯治理孔或所述第二瓦斯治理孔抽取瓦斯；

基于开采沉陷层的第三空间位置，钻设沉陷治理孔，通过所述沉陷治理孔对所述开采沉陷层进行注浆充填。

8.根据权利要求7所述的矿井的灾害协同治理方法，其特征在于，

所述基于底板水层的第一空间位置，钻设水害治理孔之后，还包括：

在所述水害治理孔中进行指定方位角射流，基于射流液的漏失情况，确定导水通道的位置；

对所述导水通道进行注浆。

9.根据权利要求7所述的矿井的灾害协同治理方法，其特征在于，

所述基于煤矿瓦斯层的第二空间位置，钻设第一瓦斯治理孔或第二瓦斯治理孔，包括：

基于所述煤矿瓦斯层的第二空间位置，对所述基础孔开设第一开窗点；基于所述第一开窗点和所述第二空间位置，钻设第二定向孔和多个第二导向孔；在多个所述第二导向孔内进行压裂增透；或者，

基于所述煤矿瓦斯层的第二空间位置，对所述基础孔开设第二开窗点；基于所述第二开窗点和所述第二空间位置，钻设所述第二瓦斯治理孔；在所述第二瓦斯治理孔内进行压裂增透。

10.根据权利要求7所述的矿井的灾害协同治理方法，其特征在于，所述基于开采沉陷层的第三空间位置，钻设沉陷治理孔之前，包括：

对所述水害治理孔、所述第一瓦斯治理孔及所述第二瓦斯治理孔进行封孔作业；

基于所述开采沉陷层的第三空间位置，对所述基础孔开设第三开窗点；

基于所述第三空间位置和所述第三开窗点，钻设所述沉陷治理孔；所述沉陷治理孔进入开采沉陷层并位于建筑物下方。