一种煤层顶板含水层注浆改造堵水方法

技术领域

本发明涉及煤层开采技术领域，具体的说，涉及一种煤层顶板含水层注浆改造堵水方法。

背景技术

煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源，也是最廉价的能源，同时也是重要的战略资源，广泛的应用于钢铁、电力、化工等工业生产及居民生活领域，在世界一次能源消费量中占25％。近年来我国国民经济持续快速发展，电力、冶金、建材、化工等行业的高速发展导致了对煤炭需求的大幅度增加，消费逐年递增。而我国煤炭探明可采储量应在2000亿吨以上，资源量可达3万亿吨。其中，无烟煤和烟煤5094.91亿吨，次烟煤和褐煤4747.20亿吨。在目前和未来很长的一段时间内，煤炭还是我们生产生活中必不可少的能源之一，煤炭的供应也关系到我国的工业乃至整个社会方方面面的发展的稳定，因此必要对煤炭资源的开采技术与装备进行深入的研究。

煤炭资源开采过程是包含区段或采煤条带内的巷道布置方式和回采工艺及其相互配合的复杂过程。开采过程中地质构造、煤层埋深、煤层赋存状况、煤层厚度及硬度、煤层结构、顶底板条件、煤质条件及矿井生产能力等因素对开采效率均有影响。其中，在煤层工作面的上层存在承压水层，由于地质变动和裂隙的存在，承压水易通过断层断裂面造成工作面漏顶严重，以致煤炭开采无法进行，因此开展对煤层顶板的断裂区域和缝隙加固工作是保障煤炭开采的重要手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤层顶板含水层注浆改造堵水方法，本发明能够检测煤层顶板是否存在裂隙，并对煤层顶板裂隙处注浆加固，具备清洗功能，实用性高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤层顶板含水层注浆改造堵水方法，具体包括以下步骤：

(1)、地层勘探：采用地面三维地震与瞬变电磁法联合探测的手段，识别和预测致灾隐患区；

(2)、钻井：利用钻进注浆加固装置进行水平钻进并依次钻穿地表层、承压水层和煤层顶板，在钻进煤层上方的煤层顶板的过程中，通过渗水检测装置检测煤层顶板是否存在裂隙，对异常区进行充分揭露；

(3)、如果步骤(2)中检测到某处煤层顶板存在裂隙，煤层存在漏顶隐患，则通过钻进注浆加固装置对煤层顶板处进行注浆，加固煤层顶板；

(4)、注浆完成后，对钻进注浆加固装置内部进行清洗。

钻进注浆加固装置包括钻头、钻铤和若干根中空钻杆，钻头、钻铤和各根中空钻杆同中心竖向设置且由下至上依次连接，钻铤中部沿轴向由上至下依次开设有第一注入孔、阀腔和钻井液喷射孔，第一注入孔、阀腔和钻井液喷射孔均上下通透，第一注入孔为上大下小的台阶孔，第一注入孔的上端与最下侧的第一根中空钻杆的中心孔下端对接，第一注入孔的下端与阀腔的上端连通，阀腔的下端与钻井液喷射孔的上端连通，钻井液喷射孔的下端与钻头的中心孔上端对接，阀腔的内径大于第一注入孔的下侧小孔内径，阀腔的内圆上侧部沿圆周方向开设有注浆槽，阀腔的内圆下侧部沿圆周方向开设有钻井液注入槽，阀腔的上端部为上小下大的圆锥孔结构，阀腔的下端部为上大下小的圆锥孔结构，阀腔内匹配滑动设置有阀体，阀体为中空圆柱结构，阀体的上端部为与阀腔的上端部圆锥孔结构相适配的圆台结构，阀体的下端部为与阀腔的下端部圆锥孔结构相适配的圆台结构，阀体的顶部开设有与阀体内部连通的进液口，阀体的上端部圆台外圆上开设有若干个圆周阵列设置注浆孔，阀体的下侧部外圆上开设有若干个圆周阵列设置第二注入孔，各个第二注入孔与钻井液注入槽在径向上对应，钻井液喷射孔为上大下小的台阶孔，钻井液喷射孔的上部大孔中设置有第一压缩弹簧，第一压缩弹簧的底部顶压在钻井液喷射孔的上部孔底部台阶面上，第一压缩弹簧的顶部伸入到阀腔下端部且顶压套在阀体的下端部外圆上，阀体的下端部与阀腔的下端部之间具有间隙，钻铤的中部上侧上下间隔开设有三组注浆液喷射孔组，每组注浆液喷射孔组均包括若干个圆周阵列设置的注浆喷射孔，注浆喷射孔的长度方向沿钻铤的径向设置且内外通透，注浆喷射孔的内端与注浆槽底部连通，注浆喷射孔的外端与钻铤外部连通，钻铤的中部下侧沿径向开设有左侧敞口的清洗水注入盲孔，清洗水注入盲孔的中部与钻井液喷射孔连通，清洗水注入盲孔的右侧部设置有第二压缩弹簧，清洗水注入盲孔的左侧部安装有直线轴承，直线轴承内滑动安装有柱塞，柱塞的右端穿过直线轴承并与第二压缩弹簧的左端顶压接触，第二压缩弹簧的右端顶压在清洗水注入盲孔的内右侧底面，柱塞的右侧部开设有上下通透且与钻井液喷射孔对应的导流孔，柱塞的左侧部开设有L型流道，L型流道包括水平段和竖直段，L型流道的水平段右端与竖直段下端连接，L型流道的水平段左端位于柱塞的左端面中部，L型流道的竖直段上端位于柱塞的上侧面中部左侧，钻铤的外部上侧和下侧均固定套装设置有稳定器；

第一根中空钻杆的外部固定套装有清洗水圆筒，清洗水圆筒的内圆与中空钻杆的外圆之间形成清洗水环腔，清洗水圆筒的左侧上侧部设置有清洗水进管，清洗水进管上安装有压力控制阀，清洗水圆筒由底部敞口的清洗水管壳和顶部敞口的管帽组成，清洗水管壳的顶部固定套装在中空钻杆的上端外圆上，管帽固定套装在中空钻杆的下端外圆上，清洗水管壳的底部外圆和管帽的顶部外圆均一体成型有水平环形板，两块水平环形板外边沿之间固定连接有环形气囊，管帽的底部固定安装有竖向设置的清洗水连接管，清洗水连接管的上端与清洗水环腔连通，清洗水连接管的下端固定连接在清洗水注入盲孔的左端口中；

清洗水进管通过清洗水供水管与地面上的清洗水水箱连接，清洗水供水管上设置有清洗水水泵和水阀，各根中空钻杆通过公头母头螺纹连接的方式组装成一整根长钻杆，最上侧的中空钻杆的顶部转动连接有注浆管，注浆管的进口端通过快接插头分别与地面上的浆液箱出口端和钻井液箱出口端可拆卸连接，注浆管上设置有注浆泵。

渗水检测装置安装在第一根中空钻杆上侧的第二根中空钻杆的外圆上，渗水检测装置设置有两个，两个渗水检测装置的结构相同且径向左右对称设置在第二根中空钻杆外部，右侧的渗水检测装置包括呈半圆环盘结构的架体，架体的中部为中空结构，架体的左侧板为上侧、下侧和左侧均敞口的抱箍结构，架体的左侧板前侧部和后侧部均为沿前后方向设置的竖直板，架体的左侧板中部为母线竖向设置的圆弧板，架体的左侧板前侧部和后侧部上均开设有若干个左右通透的紧固通孔，架体的左侧板左侧面对应与第二根中空钻杆的外圆右侧部贴合接触，架体的左侧板中部固定安装有位于架体内部的两根水平管柱，两根水平管柱上下并排设置且均沿架体的径向设置，两根水平管柱内均由左至右依次安装有第一超声波传感器、第三压缩弹簧和压片，压片固定设置在水平管柱的右端，第三压缩弹簧顶压在第一超声波传感器和压片之间，第一超声波传感器的左侧部顶压接触在第二根中空钻杆的外圆右侧部，架体的下侧板和上侧板之间固定安装有位于架体内部的Z字型折流导管，Z字型折流导管由两段竖直管和一段水平管组成，两段竖直管前后并排设置，水平管沿前后方向设置，前侧的竖直管下端固定连接在架体的下侧板上，前侧的竖直管上端与水平管的前端固定连接，水平管的后端与后侧的竖直管下端固定连接，后侧的竖直管上端固定连接在架体的上侧板上，架体的左侧板中部前侧和后侧均固定连接有一块沿左右方向竖向设置的支撑板，前侧的支撑板位于Z字型折流导管的前侧且与水平管同高，后侧的支撑板位于Z字型折流导管的后侧且与水平管同高，前侧的支撑板的右侧部和后侧的支撑板的右侧部均与水平管前后对应，前侧的支撑板的右侧部和后侧的支撑板的右侧部均固定安装有第二超声波传感器，架体的右侧板为圆弧板，架体的右侧板右侧面与钻井内壁贴合接触；

左右两个架体对接抱箍在中空钻杆上且通过若干根安装在相应各个紧固通孔中的紧固螺栓固定连接；

清洗水供水管竖直穿过左侧的架体下侧板和上侧板并与架体下侧板和上侧板之间密封连接。

步骤(1)具体为：在勘探区域的地面上设置若干个可控震源，在每个可控震源的周围地面上间隔均匀安装若干个检波器，各个检波器通过信号导线连接信号采集车，勘探时，各个可控震源激发地震波，地震波在勘探区域的各介质地层之间传播、反射，各个检波器检测地震波的传播信号并将检测到的地震波信号通过信号导线传至信号采集车，信号采集车将各个检波器检测到的地震波信号进行解算，通过对比各个检测波的地震波传播速度，并依据其异常值的大小和变换规律反演出勘探区域的地下介质及地质构造情况。

步骤(2)具体为：将注浆管的进口端通过快接插头与地面上的钻井液箱出口端固定连接，然后再将注浆管的出口端转动安装在第一根中空钻杆的顶部，通过地面的钻井平台驱动第一根中空钻杆在勘探区域的指定位置进行钻井操作，启动注浆泵，注浆泵将钻井液箱中钻井液抽出并通过注浆管注入到第一根中空钻杆的中心孔中，使钻井液沿着第一根中空钻杆的中心孔流向钻铤的第一注入孔中，再通过阀体顶部的进液口进入阀体中，再从各个第二注入孔流入钻井液注入槽中，钻井液的注入压力(注浆泵此时的泵入压力)较小，钻井液作用在阀体上端部外圆锥面的推力和阀体的重力之和小于第一压缩弹簧的弹力，钻井液再经过阀体下端部与阀腔下端部的间隙进入钻井液喷射孔中并穿过柱塞上的导流孔向下流动，钻井液通过钻井液喷射孔的出口端喷射到钻头位置，对钻头进行冷却和润滑，其中，当第一根中空钻杆向下钻进到规定长度后，停止钻进，关闭注浆泵，将注浆管的出口端拆卸下来，通过钻井平台将第二根中空钻杆上扣到第一根中空钻杆的顶部，然后再将注浆管的出口端转动安装在第一根中空钻杆的顶部，启动注浆泵和钻井平台，继续钻进，上述操作为常规的钻井操作，如此，上扣多根中空钻杆，实现水平钻进并依次钻穿地表层、承压水层和煤层顶板，在钻进煤层上方的煤层顶板的过程中，钻井液到达钻头位置后，向上返回并钻井内壁与中空钻杆外壁的间隙流动，通过两个渗水检测装置中的Z字型折流导管后向钻井外部涌出，其中，通过渗水检测装置的两个第一超声波传感器测得中空钻杆内钻井液的注入流速，通过渗水检测装置的两个第二超声波传感器测得Z字型折流导管中液体的涌出流速，进而分别计算得到钻井液的注入量和液体的涌出量，第一超声波传感器和第二超声波传感器均具备发射和接受超声波的功能，其中相应的两个第一超声波上下并排设置，由于液体流速对超声波传播速度的影响，两个第一超声波发射的超声波经中空钻杆的管壁反射后，两个第一超声波接收到彼此发射的超声波时差不一致，根据时差的差异即可推导出中空钻杆内钻井液的注入流速，同理相应的两个第二超声波传感器前后对应设置并相互发射超声波，超声波穿过Z字型折流导管水平段中的液体时，前后两个第二超声波接收到彼此发射的超声波时差不一致，根据时差的差异即可推导出Z字型折流导管中液体的涌出流速，通常钻井液注入量与液体涌出量相当时，可以认为煤层顶板未出现破碎，当钻井液注入量远小于液体涌出量时，可以认为煤层顶板出现破碎或者存在大量裂隙，导致煤层漏顶，漏出的液体在压力作用下通过钻井涌出地表，从而导致液体涌出量大于钻井液注入量，如此，便可检测煤层顶板是否存在裂隙，对异常区进行充分揭露。

步骤(3)具体为：当钻进到某一位置液体涌出量大于钻井液注入量时，则判定该处煤层顶板出现破碎或者存在大量裂隙，煤层存在漏顶隐患，停止钻进作业，关闭注浆泵，启动清洗水水泵，清洗水水泵将清洗水水箱中的清洗水抽出并通过清洗水供水管和清洗水进管注入到清洗水圆筒内的清洗水环腔中，清洗水在通过清洗水连接管注入到清洗水注入盲孔中顶压柱塞，清洗水的压力(清洗水水泵此时的泵入压力)较小，清洗水作用在柱塞左端的推力小于第二压缩弹簧的弹力，则清洗水不能推动柱塞向右移动，则清洗水注满清洗水环腔并将环形气囊撑开膨胀，使环形气囊的外圆与钻井内壁贴合接触，将环形气囊上方和下方的钻井分隔，然后关闭清洗水水泵和水阀，并通过压力控制阀控制清洗水环腔中的清洗水压力保持稳定，将注浆管的进口端从钻井液箱的出口端拔下，再将注浆管的进口端通过快接插头与浆液箱的出口端固定连接，启动注浆泵，注浆泵将浆液箱中的浆液抽出并通过注浆管注入到中空钻杆的中心孔中，浆液通过各根中空钻杆的中心孔流向钻铤的第一注入孔中，浆液的注入压力(注浆泵此时的泵入压力)较大，浆液作用在阀体上端部圆台面的推力和阀体的重力之和大于第一压缩弹簧的弹力，使阀体向下移动，从而使阀体上的各个注浆孔对应与阀腔内上侧部的注浆槽连通，并且阀体的下端部圆台结构对应堵在阀腔的下端部圆锥孔结构中，则浆液向下流到阀体底部后再反向向上从各个注浆孔中流出，浆液进入阀腔内上侧部的注浆槽中，再经由各个注浆喷射孔向钻铤外部周围均匀喷出到钻井中，由于环形气囊的外圆与钻井内壁贴合接触，将环形气囊上方和下方的钻井分隔，从而能够防止浆液沿着清洗水圆筒、中空钻杆与钻井内壁的间隙向上移动甚至涌出地面，在浆液的注入压力下，浆液注入到钻铤和钻头位置的煤层顶板中，并在煤层顶板的裂隙处凝固，实现对煤层顶板的加固。

步骤(4)具体为：当注浆压力达到极限值时，判定煤层顶板处的裂隙均已注满浆液，则停止注浆作业，关闭注浆泵，并将注浆管的进口端从最上侧的中空钻杆的顶部拆卸下来，则浆液的压力减小，第一压缩弹簧向上恢复并顶压阀体的下端部，使阀体恢复至初始位置，然后，及时启动清洗水水泵，并打开水阀，增大清洗水水泵的泵入压力，使清洗水的压力增大，清洗水作用在柱塞左端的推力大于第二压缩弹簧的弹力，清洗水推动柱塞向右移动，柱塞向右压缩第二压缩弹簧，使L型流道的竖直段上端与钻井液喷射孔上下对应，则清洗水便通过L型流道进入钻井液喷射孔中并向上流动，清洗水向上通过阀体下端部与阀腔下端部的间隙进入阀腔内下侧部的钻井液注入槽中，再经各个第二注入孔进入阀体内并从阀体顶部的进液口向上流动，清洗水继续向上流动通过第一注入孔后进入中空钻杆的中心孔中，清洗水沿着各根中空钻杆的中心孔向上流动并流出地面，清洗水向上流动将残留在钻铤和各根中空钻杆内部的浆液清洗出去并清洗干净。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明采用地面三维地震与瞬变电磁法联合探测的手段，识别和预测致灾隐患区；利用钻进注浆加固装置对勘探区域地层进行钻井操作，在钻进过程中通过渗水检测装置可确认钻井液注入量和液体涌出量的差异，进而判断出钻进处煤层顶板是否存在裂隙等，是否会导致煤层漏顶；如果钻进到某一位置时，液体涌出量大于钻井液注入量则判定该处煤层顶板出现破碎或者存在大量裂隙，煤层存在漏顶隐患，停止钻进作业，并开始向钻井中注入浆液，注浆前先通过清洗水水泵向清洗水圆筒中注入一定压力的清洗水，使清洗水注满清洗水环腔并将环形气囊撑开膨胀，使环形气囊的外圆与钻井内壁贴合接触，将环形气囊上方和下方的钻井分隔，从而能够防止浆液沿着清洗水圆筒、中空钻杆与钻井内壁的间隙向上移动甚至涌出地面，在浆液的注入压力下，浆液注入到钻铤和钻头位置的煤层顶板中，并在煤层顶板的裂隙处凝固，实现对煤层顶板的加固；最后，为了保障钻进注浆加固装置的能够重复使用，避免浆液残留在钻进注浆加固装置中而凝固，通过控制清洗水注入压力，使清洗水在钻进注浆加固装置中自下而上流动，对钻进注浆加固装置内部进行清洗，有效保证了钻进注浆加固装置的实用性。

附图说明

图1是本发明的地层勘探的示意图一。

图2是本发明的地层勘探的示意图二。

图3是本发明的钻进注浆加固装置水平钻进时的工作示意图。

图4是本发明的钻进注浆加固装置的结构示意图。

图5是本发明的渗水检测装置的轴测示意图。

图6是本发明的渗水检测装置的内部结构示意图。

图7是图4中A处局部放大图。

图8是图4中B处局部放大图。

图9是图4中C处局部放大图。

图10是图4中D处局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

如图1-图10所示，一种煤层顶板含水层注浆改造堵水方法，具体包括以下步骤：

(1)、地层勘探：采用地面三维地震与瞬变电磁法联合探测的手段，识别和预测致灾隐患区；

(2)、钻井：利用钻进注浆加固装置1进行水平钻进并依次钻穿地表层2、承压水层3和煤层顶板4，在钻进煤层5上方的煤层顶板4的过程中，通过渗水检测装置6检测煤层顶板4是否存在裂隙，对异常区进行充分揭露；

(3)、如果步骤(2)中检测到某处煤层顶板4存在裂隙，煤层5存在漏顶隐患，则通过钻进注浆加固装置1对煤层顶板4处进行注浆，加固煤层顶板4；

(4)、注浆完成后，对钻进注浆加固装置1内部进行清洗。

钻进注浆加固装置1包括钻头7、钻铤8和若干根中空钻杆9，钻头7、钻铤8和各根中空钻杆9同中心竖向设置且由下至上依次连接，钻铤8中部沿轴向由上至下依次开设有第一注入孔10、阀腔和钻井液喷射孔11，第一注入孔10、阀腔和钻井液喷射孔11均上下通透，第一注入孔10为上大下小的台阶孔，第一注入孔10的上端与最下侧的第一根中空钻杆9的中心孔下端对接，第一注入孔10的下端与阀腔的上端连通，阀腔的下端与钻井液喷射孔11的上端连通，钻井液喷射孔11的下端与钻头7的中心孔上端对接，阀腔的内径大于第一注入孔10的下侧小孔内径，阀腔的内圆上侧部沿圆周方向开设有注浆槽12，阀腔的内圆下侧部沿圆周方向开设有钻井液注入槽13，阀腔的上端部为上小下大的圆锥孔结构，阀腔的下端部为上大下小的圆锥孔结构，阀腔内匹配滑动设置有阀体14，阀体14为中空圆柱结构，阀体14的上端部为与阀腔的上端部圆锥孔结构相适配的圆台结构，阀体14的下端部为与阀腔的下端部圆锥孔结构相适配的圆台结构，阀体14的顶部开设有与阀体14内部连通的进液口15，阀体14的上端部圆台外圆上开设有若干个圆周阵列设置注浆孔16，阀体14的下侧部外圆上开设有若干个圆周阵列设置第二注入孔17，各个第二注入孔17与钻井液注入槽13在径向上对应，钻井液喷射孔11为上大下小的台阶孔，钻井液喷射孔11的上部大孔中设置有第一压缩弹簧18，第一压缩弹簧18的底部顶压在钻井液喷射孔11的上部孔底部台阶面上，第一压缩弹簧18的顶部伸入到阀腔下端部且顶压套在阀体14的下端部外圆上，阀体14的下端部与阀腔的下端部之间具有间隙，钻铤8的中部上侧上下间隔开设有三组注浆液喷射孔组，每组注浆液喷射孔组均包括若干个圆周阵列设置的注浆喷射孔19，注浆喷射孔19的长度方向沿钻铤8的径向设置且内外通透，注浆喷射孔19的内端与注浆槽12底部连通，注浆喷射孔19的外端与钻铤8外部连通，钻铤8的中部下侧沿径向开设有左侧敞口的清洗水注入盲孔20，清洗水注入盲孔20的中部与钻井液喷射孔11连通，清洗水注入盲孔20的右侧部设置有第二压缩弹簧21，清洗水注入盲孔20的左侧部安装有直线轴承22，直线轴承22内滑动安装有柱塞23，柱塞23的右端穿过直线轴承22并与第二压缩弹簧21的左端顶压接触，第二压缩弹簧21的右端顶压在清洗水注入盲孔20的内右侧底面，柱塞23的右侧部开设有上下通透且与钻井液喷射孔11对应的导流孔24，柱塞23的左侧部开设有L型流道25，L型流道25包括水平段和竖直段，L型流道25的水平段右端与竖直段下端连接，L型流道25的水平段左端位于柱塞23的左端面中部，L型流道25的竖直段上端位于柱塞23的上侧面中部左侧，钻铤8的外部上侧和下侧均固定套装设置有稳定器26；

第一根中空钻杆9的外部固定套装有清洗水圆筒27，清洗水圆筒27的内圆与中空钻杆9的外圆之间形成清洗水环腔28，清洗水圆筒27的左侧上侧部设置有清洗水进管29，清洗水进管29上安装有压力控制阀30，清洗水圆筒27由底部敞口的清洗水管壳和顶部敞口的管帽组成，清洗水管壳的顶部固定套装在中空钻杆9的上端外圆上，管帽固定套装在中空钻杆9的下端外圆上，清洗水管壳的底部外圆和管帽的顶部外圆均一体成型有水平环形板31，两块水平环形板31外边沿之间固定连接有环形气囊32，管帽的底部固定安装有竖向设置的清洗水连接管33，清洗水连接管33的上端与清洗水环腔28连通，清洗水连接管33的下端固定连接在清洗水注入盲孔20的左端口中渗水检测装置6中空钻杆9中空钻杆9；

清洗水进管29通过清洗水供水管34与地面上的清洗水水箱连接，清洗水供水管34上设置有清洗水水泵和水阀，各根中空钻杆9通过公头母头螺纹连接的方式组装成一整根长钻杆，最上侧的中空钻杆9的顶部转动连接有注浆管，注浆管的进口端通过快接插头分别与地面上的浆液箱出口端和钻井液箱出口端可拆卸连接，注浆管上设置有注浆泵。

渗水检测装置6安装在第一根中空钻杆9上侧的第二根中空钻杆9的外圆上，渗水检测装置6设置有两个，两个渗水检测装置6的结构相同且径向左右中空钻杆9对称设置在第二根中空钻杆9外部，右侧的渗水检测装置6包括呈半圆环盘结构的架体35，架体35的中部为中空结构，架体35的左侧板为上侧、下侧和左侧均敞口的抱箍结构，架体35的左侧板前侧部和后侧部均为沿前后方向设置的竖直板，架体35的左侧板中部为母线竖向设置的圆弧板，架体35的左侧板前侧部和后侧部上均开设有若干个左右通透的紧固通孔36，架体35的左侧板左侧面对应与第二根中空钻杆9的外圆右侧部贴合接触，架体35的左侧板中部固定安装有位于架体35内部的两根水平管柱37，两根水平管柱37上下并排设置且均沿架体35的径向设置，两根水平管柱37内均由左至右依次安装有第一超声波传感器、第三压缩弹簧和压片，压片固定设置在水平管柱37的右端，第三压缩弹簧顶压在第一超声波传感器和压片之间，第一超声波传感器的左侧部顶压接触在第二根中空钻杆9的外圆右侧部，架体35的下侧板和上侧板之间固定安装有位于架体35内部的Z字型折流导管38，Z字型折流导管38由两段竖直管和一段水平管组成，两段竖直管前后并排设置，水平管沿前后方向设置，前侧的竖直管下端固定连接在架体35的下侧板上，前侧的竖直管上端与水平管的前端固定连接，水平管的后端与后侧的竖直管下端固定连接，后侧的竖直管上端固定连接在架体35的上侧板上，架体35的左侧板中部前侧和后侧均固定连接有一块沿左右方向竖向设置的支撑板39，前侧的支撑板39位于Z字型折流导管38的前侧且与水平管同高，后侧的支撑板39位于Z字型折流导管38的后侧且与水平管同高，前侧的支撑板39的右侧部和后侧的支撑板39的右侧部均与水平管前后对应，前侧的支撑板39的右侧部和后侧的支撑板39的右侧部均固定安装有第二超声波传感器40，架体35的右侧板为圆弧板，架体35的右侧板右侧面与钻井内壁贴合接触；

左右两个架体35对接抱箍在中空钻杆9上且通过若干根安装在相应各个紧固通孔36中的紧固螺栓固定连接；

清洗水供水管34竖直穿过左侧的架体35下侧板和上侧板并与架体35下侧板和上侧板之间密封连接。

步骤(1)具体为：在勘探区域的地面上设置若干个可控震源41，在每个可控震源41的周围地面上间隔均匀安装若干个检波器42，各个检波器42通过信号导线43连接信号采集车44，勘探时，各个可控震源41激发地震波，地震波在勘探区域的各介质地层之间传播、反射，各个检波器42检测地震波的传播信号并将检测到的地震波信号通过信号导线43传至信号采集车44，信号采集车44将各个检波器42检测到的地震波信号进行解算，通过对比各个检测波的地震波传播速度，并依据其异常值的大小和变换规律反演出勘探区域的地下介质及地质构造情况。

步骤(2)具体为：将注浆管的进口端通过快接插头与地面上的钻井液箱出口端固定连接，然后再将注浆管的出口端转动安装在第一根中空钻杆9的顶部，通过地面的钻井平台驱动第一根中空钻杆9在勘探区域的指定位置进行钻井操作，启动注浆泵，注浆泵将钻井液箱中钻井液抽出并通过注浆管注入到第一根中空钻杆9的中心孔中，使钻井液沿着第一根中空钻杆9的中心孔流向钻铤8的第一注入孔10中，再通过阀体14顶部的进液口15进入阀体14中，再从各个第二注入孔17流入钻井液注入槽13中，钻井液的注入压力(注浆泵此时的泵入压力)较小，钻井液作用在阀体14上端部外圆锥面的推力和阀体14的重力之和小于第一压缩弹簧18的弹力，钻井液再经过阀体14下端部与阀腔下端部的间隙进入钻井液喷射孔11中并穿过柱塞23上的导流孔24向下流动，钻井液通过钻井液喷射孔11的出口端喷射到钻头7位置，对钻头7进行冷却和润滑，其中，当第一根中空钻杆9向下钻进到规定长度后，停止钻进，关闭注浆泵，将注浆管的出口端拆卸下来，通过钻井平台将第二根中空钻杆9上扣到第一根中空钻杆9的顶部，然后再将注浆管的出口端转动安装在第一根中空钻杆9的顶部，启动注浆泵和钻井平台，继续钻进，上述操作为常规的钻井操作，如此，上扣多根中空钻杆9，实现水平钻进并依次钻穿地表层2、承压水层3和煤层顶板4，在钻进煤层5上方的煤层顶板4的过程中，钻井液到达钻头7位置后，向上返回并钻井内壁与中空钻杆9外壁的间隙流动，通过两个渗水检测装置6中的Z字型折流导管38后向钻井外部涌出，其中，通过渗水检测装置6的两个第一超声波传感器测得中空钻杆9内钻井液的注入流速，通过渗水检测装置6的两个第二超声波传感器40测得Z字型折流导管38中液体的涌出流速，进而分别计算得到钻井液的注入量和液体的涌出量，第一超声波传感器和第二超声波传感器40均具备发射和接受超声波的功能，其中相应的两个第一超声波上下并排设置，由于液体流速对超声波传播速度的影响，两个第一超声波发射的超声波经中空钻杆9的管壁反射后，两个第一超声波接收到彼此发射的超声波时差不一致，根据时差的差异即可推导出中空钻杆9内钻井液的注入流速，同理相应的两个第二超声波传感器40前后对应设置并相互发射超声波，超声波穿过Z字型折流导管38水平段中的液体时，前后两个第二超声波接收到彼此发射的超声波时差不一致，根据时差的差异即可推导出Z字型折流导管38中液体的涌出流速，通常钻井液注入量与液体涌出量相当时，可以认为煤层顶板4未出现破碎，当钻井液注入量远小于液体涌出量时，可以认为煤层顶板4出现破碎或者存在大量裂隙，导致煤层5漏顶，漏出的液体在压力作用下通过钻井涌出地表，从而导致液体涌出量大于钻井液注入量，如此，便可检测煤层顶板4是否存在裂隙，对异常区进行充分揭露。

步骤(3)具体为：当钻进到某一位置液体涌出量大于钻井液注入量时，则判定该处煤层顶板4出现破碎或者存在大量裂隙，煤层5存在漏顶隐患，停止钻进作业，关闭注浆泵，启动清洗水水泵，清洗水水泵将清洗水水箱中的清洗水抽出并通过清洗水供水管34和清洗水进管29注入到清洗水圆筒27内的清洗水环腔28中，清洗水在通过清洗水连接管33注入到清洗水注入盲孔中顶压柱塞23，清洗水的压力(清洗水水泵此时的泵入压力)较小，清洗水作用在柱塞23左端的推力小于第二压缩弹簧21的弹力，则清洗水不能推动柱塞23向右移动，则清洗水注满清洗水环腔28并将环形气囊32撑开膨胀，使环形气囊32的外圆与钻井内壁贴合接触，将环形气囊32上方和下方的钻井分隔，然后关闭清洗水水泵和水阀，并通过压力控制阀30控制清洗水环腔28中的清洗水压力保持稳定，将注浆管的进口端从钻井液箱的出口端拔下，再将注浆管的进口端通过快接插头与浆液箱的出口端固定连接，启动注浆泵，注浆泵将浆液箱中的浆液抽出并通过注浆管注入到中空钻杆9的中心孔中，浆液通过各根中空钻杆9的中心孔流向钻铤8的第一注入孔10中，浆液的注入压力(注浆泵此时的泵入压力)较大，浆液作用在阀体14上端部圆台面的推力和阀体14的重力之和大于第一压缩弹簧18的弹力，使阀体14向下移动，从而使阀体14上的各个注浆孔16对应与阀腔内上侧部的注浆槽12连通，并且阀体14的下端部圆台结构对应堵在阀腔的下端部圆锥孔结构中，则浆液向下流到阀体14底部后再反向向上从各个注浆孔16中流出，浆液进入阀腔内上侧部的注浆槽12中，再经由各个注浆喷射孔19向钻铤8外部周围均匀喷出到钻井中，由于环形气囊32的外圆与钻井内壁贴合接触，将环形气囊32上方和下方的钻井分隔，从而能够防止浆液沿着清洗水圆筒27、中空钻杆9与钻井内壁的间隙向上移动甚至涌出地面，在浆液的注入压力下，浆液注入到钻铤8和钻头7位置的煤层顶板4中，并在煤层顶板4的裂隙处凝固，实现对煤层顶板4的加固。

步骤(4)具体为：当注浆压力达到极限值时，判定煤层顶板4处的裂隙均已注满浆液，则停止注浆作业，关闭注浆泵，并将注浆管的进口端从最上侧的中空钻杆9的顶部拆卸下来，则浆液的压力减小，第一压缩弹簧18向上恢复并顶压阀体14的下端部，使阀体14恢复至初始位置，然后，及时启动清洗水水泵，并打开水阀，增大清洗水水泵的泵入压力，使清洗水的压力增大，清洗水作用在柱塞23左端的推力大于第二压缩弹簧21的弹力，清洗水推动柱塞23向右移动，柱塞23向右压缩第二压缩弹簧21，使L型流道25的竖直段上端与钻井液喷射孔11上下对应，则清洗水便通过L型流道25进入钻井液喷射孔11中并向上流动，清洗水向上通过阀体14下端部与阀腔下端部的间隙进入阀腔内下侧部的钻井液注入槽13中，再经各个第二注入孔17进入阀体14内并从阀体14顶部的进液口15向上流动，清洗水继续向上流动通过第一注入孔10后进入中空钻杆9的中心孔中，清洗水沿着各根中空钻杆9的中心孔向上流动并流出地面，清洗水向上流动将残留在钻铤8和各根中空钻杆9内部的浆液清洗出去并清洗干净。

清洗水水箱、清洗水水泵、水阀、注浆管、快接插头、浆液箱、钻井液箱、注浆泵、有第一超声波传感器、第三压缩弹簧、压片和紧固螺栓均为现有常规器件，在图中均未示。

本发明采用地面三维地震与瞬变电磁法联合探测的手段，识别和预测致灾隐患区；利用钻进注浆加固装置1对勘探区域地层进行钻井操作，在钻进过程中通过渗水检测装置6可确认钻井液注入量和液体涌出量的差异，进而判断出钻进处煤层顶板4是否存在裂隙等，是否会导致煤层5漏顶；如果钻进到某一位置时，液体涌出量大于钻井液注入量则判定该处煤层顶板4出现破碎或者存在大量裂隙，煤层5存在漏顶隐患，停止钻进作业，并开始向钻井中注入浆液，注浆前先通过清洗水水泵向清洗水圆筒27中注入一定压力的清洗水，使清洗水注满清洗水环腔28并将环形气囊32撑开膨胀，使环形气囊32的外圆与钻井内壁贴合接触，将环形气囊32上方和下方的钻井分隔，从而能够防止浆液沿着清洗水圆筒27、中空钻杆9与钻井内壁的间隙向上移动甚至涌出地面，在浆液的注入压力下，浆液注入到钻铤8和钻头7位置的煤层顶板4中，并在煤层顶板4的裂隙处凝固，实现对煤层顶板4的加固；最后，为了保障钻进注浆加固装置1的能够重复使用，避免浆液残留在钻进注浆加固装置1中而凝固，通过控制清洗水注入压力，使清洗水在钻进注浆加固装置1中自下而上流动，对钻进注浆加固装置1内部进行清洗，有效保证了钻进注浆加固装置1的实用性。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。