朱莊煤礦Ⅲ636工作面地面定向鉆防治灰?guī)r水害技術(shù)與應(yīng)用

喬雷

摘 要：通過(guò)對(duì)朱莊煤礦Ⅲ636工作面水文地質(zhì)條件、灰?guī)r富水性特征及安全開采隔水層厚度的分析，采取地面定向鉆孔探查注漿加固及井下探查效果驗(yàn)證技術(shù)對(duì)該工作面灰?guī)r水害進(jìn)行治理，有效保證了工作面安全回采。

關(guān)鍵詞：煤礦；防治水；定向鉆；效果驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）12-0184-02

二疊系山西組6煤層是朱莊煤礦的主采煤層之一，隨著開采深度增加，太灰含水層呈高承壓、強(qiáng)富水等特點(diǎn)，6煤防治水工作難度大，1990年1月至2016年7月，朱莊煤礦6煤層開采過(guò)程中曾發(fā)生10次底板太原組灰?guī)r突水，涌水量150～1420m3/h，對(duì)6煤層開采帶來(lái)極大威脅。2013年以前采用常規(guī)井下鉆探技術(shù)注漿加固改造灰?guī)r含水層基本保證了6煤安全開采，但隨著開采深度增加，采用傳統(tǒng)鉆探工藝注漿加固改造灰?guī)r存在局限性，治理效果差，不能真正實(shí)現(xiàn)抗壓安全開采，Ⅲ63采區(qū)首次工作面Ⅲ631采用傳統(tǒng)常規(guī)鉆治理后工作面曾多次出水，最后導(dǎo)致工作面停采。為此，朱莊煤礦積極探索灰?guī)r水害治理新技術(shù)，開展地面定向鉆對(duì)6煤層底板三灰薄層高壓強(qiáng)含水層實(shí)施超前治理。

1 工作面概況

1.1 地質(zhì)概況

Ⅲ636工作面所采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組6煤，煤層厚度平均2.8m；煤層傾角平均13°，可采儲(chǔ)量46.7萬(wàn)噸。整體為單斜構(gòu)造，里高外低。地質(zhì)條件復(fù)雜，機(jī)、風(fēng)巷及切眼共組合斷層17條，工作面內(nèi)部有三維地震解釋斷層DF5和DF10，落差為0.6～4.0m，其中落差2.0m及以上的斷層7條，詳見(jiàn)表1。

1.2 水文地質(zhì)概況

Ⅲ636工作面6煤底板以下57～61m為太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層，該層厚151～181m，平均厚158m，太原組石灰?guī)r12層，石灰?guī)r總厚50～81m，平均厚69m，單層厚度較大的有L3、L4、L11、L12灰?guī)r等。巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，鉆孔單孔涌水量q為0.016～2.338L/s·m，含水層滲透系數(shù)K為0.128～97.16mm/d，水壓4～5MPa。通過(guò)垂向構(gòu)造可與奧灰水發(fā)生水力聯(lián)系，接受奧灰水的大量補(bǔ)給，同時(shí)受地面降水補(bǔ)給。

2 防治技術(shù)方案

2.1 地面定向鉆超前治理

根據(jù)Ⅲ636工作面水文地質(zhì)條件、灰?guī)r富水性特征及安全開采隔水層厚度的要求，采取地面定向鉆孔順三灰層位探查注漿加固，改造三灰含水層等效為隔水層，達(dá)到工作面底板灰?guī)r水超前區(qū)域治理目的。

2.1.1 地面定向鉆治理概況

治理工程自2014年6月開始至2015年4月結(jié)束，沿地層傾向及走向共施工3個(gè)主孔，14個(gè)分支孔，鉆孔間距50～109m，總鉆探工程量3007m，順三灰層段進(jìn)尺2863m，三灰跟層率95.21%，總注漿量（水泥及粉煤灰）17734t，注漿終壓12MPa。詳見(jiàn)圖1。

2.1.2 地面定向鉆治理過(guò)程

各孔組單元呈扇形發(fā)散，分支孔從主孔二開套管之下的合適位置開始側(cè)鉆，按照設(shè)計(jì)軌跡完成治理任務(wù)。主孔下一開Φ244.5×8.94mm套管至基巖以下10～20m，二開Φ177.8×8.05mm套管至煤層以下30m，Φ152mm裸孔沿三灰順層鉆進(jìn)注漿加固，分支孔以Φ152mm裸孔自主孔二開套管底部沿三灰順層鉆進(jìn)注漿加固，次級(jí)分支孔以Φ152mm裸孔自分支孔造斜沿三灰順層鉆進(jìn)注漿加固。在井場(chǎng)內(nèi)建立臨時(shí)注漿站，使用射流攪拌系統(tǒng)、泥漿泵和高壓射流泵，采用分段下行式、孔口封閉靜壓注漿法對(duì)三灰目標(biāo)層、鉆探中漏失的地層進(jìn)行注漿。施工流程詳見(jiàn)圖2。

2.2 井下探查驗(yàn)證

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》等相關(guān)文件要求，開展Ⅲ636工作面井下探查驗(yàn)證工程，對(duì)地面定向鉆超前區(qū)域治理效果進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。

井下驗(yàn)證工程施工情況：

針對(duì)地面定向鉆控制薄弱區(qū)、沖洗液漏失區(qū)、斷層構(gòu)造發(fā)育區(qū)、物探異常區(qū)等區(qū)域，并滿足井下驗(yàn)證鉆孔每100m走向不少于1孔（終孔間距）的要求，在Ⅲ636機(jī)、風(fēng)巷鉆場(chǎng)內(nèi)共施工驗(yàn)證孔18個(gè)，總鉆探工程量2275m，注入水泥量66t，另外，Ⅲ636工作面風(fēng)巷外側(cè)30m范圍由上區(qū)段Ⅲ634工作面機(jī)巷施工的10個(gè)鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證加固。

3 防治水治理效果驗(yàn)證與評(píng)價(jià)

3.1 物探異常區(qū)驗(yàn)證

地面定向鉆超前區(qū)域治理后，委托西安科技大學(xué)對(duì)Ⅲ636工作面進(jìn)行音頻電透視探測(cè)，工作面整個(gè)底板下方電阻率偏高，僅在斷層發(fā)育的個(gè)別地段有局部小范圍的低阻發(fā)育。其中底板下40～80m層段有2處視電導(dǎo)率值大于4S/m的弱異常條帶，分別編號(hào)為B-1號(hào)、B-2號(hào)弱異常。

B-1、B-2號(hào)弱異常區(qū)由地面定向鉆孔D2孔組和D4孔組進(jìn)行區(qū)域注漿加固。同時(shí)，B-1號(hào)弱異常區(qū)由井下鉆孔Ⅲ636-8#控制，該孔僅三灰段出水1m3/h，；B-2號(hào)弱異常區(qū)由井下鉆孔Ⅲ636-18#控制，該孔灰?guī)r段均未出水。

3.2 地面定向鉆孔控制薄弱區(qū)驗(yàn)證

地面定向鉆孔之間存在的4處控制薄弱區(qū)分別由井下驗(yàn)證鉆孔進(jìn)行控制，僅1個(gè)鉆孔三灰段出水1m3/h，其余鉆孔灰?guī)r段均未出水。

3.3 地面定向鉆孔沖洗液漏失區(qū)驗(yàn)證

地面定向鉆孔4處沖洗液漏失區(qū)分別由井下驗(yàn)證鉆孔探查驗(yàn)證，其中2個(gè)鉆孔三灰出水1m3/h，1個(gè)鉆孔三灰出水2m3/h，其余灰?guī)r段均未出水。

3.4 斷層構(gòu)造發(fā)育區(qū)驗(yàn)證

Ⅲ636工作面回采范圍內(nèi)實(shí)揭和三維地震解釋斷層落差2.0m及以上的共7條，通過(guò)井下各驗(yàn)證鉆孔對(duì)地面治理工程斷層加固情況探查驗(yàn)證分析，說(shuō)明地面注漿對(duì)斷層密集區(qū)已充分充填壓實(shí)，且井下驗(yàn)證孔對(duì)灰?guī)r出水鉆孔再次進(jìn)行注漿加固。詳見(jiàn)圖1。

3.5 效果評(píng)價(jià)

通過(guò)以上綜合分析，說(shuō)明Ⅲ636工作面地面治理效果較好。

4 結(jié)語(yǔ)

目前Ⅲ636工作面已安全回采結(jié)束，煤炭資源儲(chǔ)量得到釋放，經(jīng)濟(jì)和安全效益明顯，地面定向鉆超前區(qū)域治理工程得到成功實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

[1]石志遠(yuǎn).地面順層鉆進(jìn)在煤層底板高壓巖溶水害區(qū)域超前治理中的應(yīng)用[J].煤礦安全，2015，46（b11）：67-70.