申请/专利权人：中煤科工集团西安研究院有限公司

申请日：2022-03-23

公开（公告）日：2024-05-31

公开（公告）号：CN114687727B

主分类号：E21B47/00

分类号：E21B47/00;E21B47/12;F03B13/00;E21B7/04;E21D9/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.31#授权;2022.07.19#实质审查的生效;2022.07.01#公开

摘要：本发明提供了一种定向钻孔煤矿井下岩石盾构巷道超前地质探查装置及方法，包括：1盾构巷道线路设计；2探查定向钻孔设计；3探查定向钻孔套管段施工；4探查定向钻孔主孔施工：根据探查定向钻孔的设计轨迹，利用定向钻机和矿用随钻动态地层探测仪器，采用随钻测量定向钻进技术施工主孔，矿用随钻动态地层探测仪器包括近距离测传探管和远距离信号传输探管；5探查定向钻孔分支孔施工；6探查定向钻孔的设计轨迹修正；7探查定向钻孔完孔；8地质异常体远距离探查；9盾构巷道线路调整；10巷道盾构施工。本发明探查距离远、轨迹可精确控制，钻探工程量小，探查结果精确。

主权项：1.一种定向钻孔煤矿井下岩石盾构巷道超前地质探查方法，该方法包括以下步骤：步骤一，盾构巷道（1）线路设计：根据矿井前期地勘资料和矿井工作面布置，确定盾构巷道（1）与煤层（2）的控制间距，设计盾构巷道（1）线路，根据盾构巷道（1）施工对工程控制要求，确定控制点空间参数；步骤二，探查定向钻孔（3）设计：以盾构巷道（1）线路起点为开孔点，设计探查定向钻孔（3），确定探查定向钻孔（3）的平面坐标参数和剖面坐标参数；步骤三，探查定向钻孔（3）套管段（4）施工：在盾构巷道（1）线路起点处设置钻场（7），利用定向钻机，采用逐级回转扩孔技术施工套管段（4），达到设计深度后，退出孔内钻具，下入套管封孔，并连接好孔口装置；其特征在于：步骤四，探查定向钻孔（3）主孔（5）施工：根据探查定向钻孔（3）的设计轨迹，利用定向钻机和矿用随钻动态地层探测仪器，采用随钻测量定向钻进技术施工主孔（5），主孔（5）施工过程中每隔20～40m主动预留1个分支点；所述的矿用随钻动态地层探测仪器包括近距离测传探管（9）和远距离信号传输探管（10）；步骤五，探查定向钻孔（3）分支孔（6）施工：主孔（5）施工过程中，每隔50～60m增大钻孔倾角向上探查煤层（2），并利用矿用随钻动态地层探测仪器实时测量钻孔径向地层信息；当矿用随钻动态地层探测仪器检测到分支孔（6）正逐渐靠近煤层（2）时，记录下此时的探煤点的上下位移和左右位移，计算得到煤层（2）的真实倾角，然后减慢钻进速度，继续向前钻进1～3m，确定钻孔前方为煤层（2）后，停止钻进；步骤六，探查定向钻孔（3）的设计轨迹修正：根据步骤五计算得到的煤层（2）真实倾角，对探查定向钻孔（3）的设计轨迹进行动态修正；步骤七，探查定向钻孔（3）完孔：退钻至步骤四中预留的分支点处，侧钻出分支后，重复步骤四至步骤六进行主孔（5）和分支孔（6）施工，直至达到设计深度，退出孔内定向钻具；步骤八，地质异常体（8）远距离探查：利用定向钻机和有缆式定向钻杆，将矿用地质异常体远程探测仪器（38）下入探查定向钻孔（3）内，下钻过程中实时探查主孔（5）径向30m柱状区域内的地质异常体（8）发育情况；步骤九，盾构巷道（1）线路调整：根据查明的煤层（2）与地质异常体（8）情况，对盾构巷道（1）设计线路进行调整，重新确定控制点空间参数，提前制定过地质异常体（8）方案；步骤十，巷道盾构施工：按照调整后的盾构巷道（1）线路进行巷道盾构施工，直至达到预定深度；所述的近距离测传探管（9）包括弯外管（901），所述的弯外管（901）内设置有依次连接的螺杆（902）、万向传扭轴（903）和驱动轴（904），所述驱动轴（904）的头端设置有用于与定向钻头相连接的钻头接头（905），所述的弯外管（901）的尾端设置有用于与远距离信号传输探管（10）相连的远接头（906）；所述的弯外管（901）靠近头端的侧壁内设置有测量仓（907），测量仓（907）上设置有测量仓盖（908），所述的测量仓（908）内设置有供电单元（909）、近距离无线传输模块（910）、近距离数据采集控制模块（911）、倾角测量传感器（912）、电阻率测量传感器（913）和自然伽马测量传感器（914）；供电单元（909）为近距离数据采集控制模块（911）、倾角测量传感器（912）、电阻率测量传感器（913）和自然伽马测量传感器（914）供电；倾角测量传感器（912）、电阻率测量传感器（913）和自然伽马测量传感器（914）分别与近距离数据采集控制模块（911）相连，近距离数据采集控制模块（911）与近距离无线传输模块（910）相连；所述的供电单元（909）为供电电池或磁耦合发电单元，所述的磁耦合发电单元包括磁力耦合转子（90901），磁力耦合转子（90901）与发电机（90902）的驱动轴相连，发电机（90902）与稳压电源模块（90903）相连输电，稳压电源模块（90903）为近距离数据采集控制模块（911）、倾角测量传感器（912）、电阻率测量传感器（913）和自然伽马测量传感器（914）供电；还包括带磁旋转涡轮（90904），带磁旋转涡轮（90904）固定安装在所述的驱动轴（904）上，带磁旋转涡轮（90904）与磁力耦合转子（90901）相对设置且二者的转动中心轴线平行，驱动轴（904）驱动带磁旋转涡轮（90904）转动，带磁旋转涡轮（90904）转动时在磁耦合作用下带动磁力耦合转子（90901）转动，磁力耦合转子（90901）带动发电机（90902）发电；所述的远距离信号传输探管（10）包括随钻仪器外管（1001），所述的随钻仪器外管（1001）内同轴设置有随钻仪器内管（1002），随钻仪器外管（1001）与随钻仪器内管（1002）之间为过水通道（1003）；随钻仪器外管（1001）的头端设置有用于与近距离测传探管（9）相连接的近接头（1004），随钻仪器外管（1001）的尾端设置有用于与有缆式定向钻杆相连接的钻杆接头（1005）；所述的随钻仪器外管（1001）靠近头端的侧壁内设置有接收仓（1006），接收仓（1006）上设置有接收仓盖（1007），接收仓（1006）内安装有近距离无线接收模块（1008）；所述的接收仓（1006）底部设置有轴向过线孔（1009）；所述的随钻仪器内管（1002）的头端采用过水固定套（1010）固定在随钻仪器外管（1001）中；所述的过水固定套（1010）上设置有连通所述的随钻仪器内管（1002）内部的折线孔（1011），所述折线孔（1011）与轴向过线孔（1009）相连通，使得接收仓（1006）与所述的随钻仪器内管（1002）内部相连通能够走线；所述的随钻仪器内管（1002）的尾端设置有有线传输接头（1012），有线传输接头（1012）通过过水锁紧母（1017）固定在随钻仪器外管（1001）中；所述的随钻仪器内管（1002）内封装有有线载波传输模块（1013）、供电电源模块（1014）、上部数据采集处理模块（1015）和方位角测量模块（1016）；所述的供电电源模块（1014）与有线传输接头（1012）相连从外部取电，供电电源模块（1014）为上部数据采集处理模块（1015）和方位角测量模块（1016）供电；所述的近距离无线接收模块（1008）和方位角测量模块（1016）分别与上部数据采集处理模块（1015）相连，上部数据采集处理模块（1015）与有线载波传输模块（1013）相连，有线载波传输模块（1013）与有线传输接头（1012）相连传输数据。

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