顧橋煤礦北二采區(qū)1312（1）首采面地面“兩帶”孔施工總結(jié)與“兩帶”高度探究

張華兵 張啟慧

【摘 要】探測該種條件下煤層開采覆巖破壞特征，安全經(jīng)濟(jì)地留設(shè)防水煤柱，提高回采上限開采、解放煤炭資源，對指導(dǎo)各主采煤層工作面提高上限開采均具有重大的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)意義。

【關(guān)鍵詞】“兩帶”孔施工；冒落帶；裂隙帶

一、概況

顧橋礦位于安徽省鳳臺縣城西北約20Km，礦井為全隱蔽含煤區(qū)，地層由老到新依次有奧陶系、石炭系、二疊系及新生界松散層。地層形態(tài)總體為一走向近南北、傾向東的反“S”型單斜構(gòu)造，傾角一般5°～15°。顧橋礦北二采區(qū)上盤區(qū)為巨厚新生界松散層下開采中厚～特厚煤層采區(qū)，開采地質(zhì)及水文地質(zhì)條件中等。北二上盤區(qū)主要可采煤層防水煤柱的壓煤量約1681.2萬t，壓煤量較大，其中11-2煤層防水煤柱壓煤量292.2萬t。探測該種條件下煤層開采覆巖破壞特征，安全經(jīng)濟(jì)地留設(shè)防水煤柱，提高回采上限開采、解放煤炭資源，對指導(dǎo)各主采煤層工作面提高上限開采均具有重大的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)意義。

二、施工目的和任務(wù)

1312（1）工作面位于我礦北二11-2上盤區(qū)，煤層平均厚度2.8m，可采儲量186.6萬t，采煤方法為綜合機(jī)械化開采，一次采全高，全部垮落法管理頂板。為探測該種條件下11-2煤層開采覆巖充分破壞的形態(tài)、最大導(dǎo)水裂隙帶高度及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，特設(shè)計(jì)地面鉆孔兩個：裂3孔和裂4孔。鉆孔原則上布置在開采邊界附近即預(yù)計(jì)最大裂高發(fā)育地段，鉆孔終孔時間為工作面開采煤壁過鉆孔位置35～45天，為防止頂部裂隙壓實(shí)愈合，鉆孔施工不等覆巖體和地表變形沉降穩(wěn)定。

三、施工過成及遇到的施工問題

本次設(shè)計(jì)的兩個鉆孔由山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)施工，先施工裂3孔。具體施工過程為：采煤工作面推進(jìn)至鉆孔位置前，施工至基巖穩(wěn)定段（孔深511.32m），并下入φ127mm×6mm鋼級J55石油套管至506.80m進(jìn)行固井。固井后停工，等待工作面開采煤壁過鉆孔位置后20天再進(jìn)行施工，探測“兩帶”的高度。停工等待期間，鉆機(jī)受到了地面沉降的影響。

為防止地面塌陷影響鉆機(jī)生產(chǎn)，本次施工特選用HCR-8全液壓履帶式鉆機(jī)，無需地面搭建四角鉆塔，且能夠液壓調(diào)整鉆機(jī)水平，排除地面塌陷引起地面鉆塔歪斜的風(fēng)險。當(dāng)工作面開采煤壁過鉆孔位置20天后，鉆機(jī)進(jìn)行第二階段施工，投孔至130米，鉆具無法繼續(xù)下入，經(jīng)孔內(nèi)攝像發(fā)現(xiàn)，套管于130米處錯斷。

裂3孔施工規(guī)范，套管質(zhì)量合格，下入流程規(guī)范，具體導(dǎo)致套管錯斷的原因分析為：煤層開采后，彎曲帶一直影響到地面，鉆孔位于工作面邊緣，套管受到斜向下的應(yīng)力作用，最終超過套管承受極限而錯斷（圖3）。

針對裂3孔出現(xiàn)的情況，特調(diào)整裂4孔施工流程。具體為：根據(jù)井下生產(chǎn)進(jìn)度安排，得到工作面開采煤壁過裂4孔位置40天的日期為6月12日。裂4孔施工預(yù)計(jì)需要30天，因此安排開工時間為5月12日，開工后先施工至基巖穩(wěn)定段后下套管，固管合格后，直接進(jìn)行下一階段的施工，減少中間等待的時間。此施工流程鉆孔開工時，工作面開采煤壁已經(jīng)過鉆孔所在位置，因此施工過程中，可能受到地表下沉的影響。經(jīng)過施工檢驗(yàn)，此施工流程受地表下降的影響可控，且保證了套管的安全，裂4孔完成了鉆探施工任務(wù)。

四、“兩帶”高度探究

裂4孔地表復(fù)測標(biāo)高為22.39米，地表下沉較明顯，鉆進(jìn)至575.20m循環(huán)液消耗量0.27m3/h，鉆進(jìn)至582.46m，消耗量1.64m3/h，鉆進(jìn)至582.66m消耗量突增至8.1m3/h，后迅速全部漏失，漏失泵量15m3/h。經(jīng)過堵漏繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆孔從583.66m至593.25m，消耗量從3m3/h增至12m3/h，至593.81m處，循環(huán)液全部漏失，漏失量大于15m3/h。后頂水鉆進(jìn)至612.17m，發(fā)生卡鉆掉鉆情況，無法繼續(xù)鉆進(jìn)，停鉆封孔。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，厚煤層0～54°，中硬（覆巖巖性單向抗壓強(qiáng)度20～40MPa，主要巖石為砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖、頁巖）。

冒落帶計(jì)算公式：

導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算公式為：

或者

（M為累計(jì)采厚）

由公式判斷冒落帶高度約為6.5～10.9m。

由公式判斷最大導(dǎo)水裂隙帶高度約為29.05～43.5m。

由裂4孔實(shí)際鉆探分析，鉆探深度582.66m，消耗量迅速增加，表明已經(jīng)達(dá)到導(dǎo)水裂隙帶，結(jié)合此處巖性發(fā)育，漏失較大。綜合分析判斷導(dǎo)水裂隙帶為從煤11-2頂板634m至582.66m，高度為51.34m，為采高的18.3倍。根據(jù)鉆孔出現(xiàn)夾鉆掉鉆情況，判斷冒落帶大致從612m開始，冒落帶高度為22m，為采高的7.9倍。

五、總結(jié)

本次兩個鉆孔的施工，積累了“兩帶”孔的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，為今后此類工程的設(shè)計(jì)、施工，探明了道路。本次調(diào)查施工以11-2煤層為觀察對象，依據(jù)11-2煤層頂板工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，研究“兩帶”覆巖破壞規(guī)律，通過觀測鉆孔沖洗液消耗方法得到的冒落帶和裂隙帶高度和通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的高度存有部分差異。與經(jīng)驗(yàn)公式相比，探測結(jié)果偏大。考慮到礦區(qū)巨厚新生界松散層及薄基巖，煤層采煤后裂隙發(fā)育比較充分，冒落帶和裂隙帶存在較大的高度。因此應(yīng)加強(qiáng)工作面防治水工作，減少水體對礦井生產(chǎn)的威脅。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊振.楊友偉.初艷鵬.淺埋煤層開采覆巖“三帶”分布規(guī)律研究[J].山西煤炭 2010.30（9）：36-38

[2]涂敏.潘謝礦區(qū)采動巖體裂隙發(fā)育高度的研究[J].煤炭學(xué)報，2004（06）：3-7.

[3]金連生，牟金鎖.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2000.