采煤工作面頂板防治水鉆探方案研究與應用

陳高鵬 李同玉

摘要：礦井白堊系含水層一直是防治水方面制約煤層開采的主要因素;工作面回采期間局部砂巖含水層富水區瞬間沿導水裂縫帶涌入工作面，會對工作面回采造成影響，本項目主要通過施工探放水鉆孔查明頂板水的來源、水量、水壓，以便于開展井下防治水工作。

關鍵詞：白堊紀洛水組;含水層;導水裂隙;探放水;鉆孔;取芯;耐壓試驗;測斜

一、工程概況

礦井位于陜西彬長礦區，屬黃隴侏羅紀煤田。分析礦井水文地質條件：煤層開采受侏羅系直羅組、延安組含水層出水影響，受白堊系洛河組含水層水害威脅。采煤工作面直接充水含水層為侏羅系砂巖含水層，工作面回采期間局部砂巖含水層富水區瞬間沿導水裂縫帶涌入工作面，會對工作面回采造成影響，因此在工作面回采前需要對工作面頂板進行探放水工作。

二、目的

目的：通過施工頂板疏放水鉆孔，探查采煤工作面含、隔水層水文地質條件，并探查洛河組下段含水層厚度。

三、鉆孔設計要求和技術參數

1、鉆孔位置：探放水鉆孔TC1#鉆孔位于采煤工作面運輸順槽YS7點后27m處。

2、鉆孔技術參數

3、鉆孔結構：

（1）開孔用Ф108mm取芯鉆頭+Ф108×2000mm巖芯管鉆;然后用Ф168mm擴孔鉆頭+Ф168mm扶正器進行擴孔;再用Ф245mm鉆頭進行二次擴孔;下帶高壓法蘭盤的Ф219×7.0mm石油套管20.0m，最后一節套管為帶固定鋼板孔口管，并貼緊巷道頂板。并使用雙股2分鋼絲繩將鋼板固定在附近的錨索或錨桿上。將孔口管固定牢固后，注漿固結，待注入孔內的水泥漿凝固24h后，掃孔至超過原孔深0.2～0.5m后，進行清水耐壓試驗，試驗壓力不小于10.0MPa，穩壓時間不小于30min;

（2）耐壓試驗合格后安裝DN125/10MPa高壓閘閥，用Ф73mm取芯鉆頭鉆進至洛河組底界后，用Ф127mm擴孔鉆頭鉆進至孔底，然后拆下DN125/10MPa高壓閘閥，下帶高壓法蘭盤的Ф108×6.0mm地質套管至孔底，并注漿固結，待注入孔內的水泥漿凝固24h后，掃孔至超過原孔深0.2～0.5m后，安裝DN125/10MPa高壓閘閥，進行清水耐壓試驗，試驗壓力不小于10.0MPa，穩壓時間不小于30min;

（3）耐壓試驗合格后用Ф73mm取芯鉆頭+Ф73×3000mm巖芯管帶閥鉆進至設計孔深（洛河組上段）后，然后進行全孔測斜。

四、設備及材料

1、設備選用

鉆孔施工采用西安煤科院ZDY4000S型鉆機;泥漿泵選用SGB9-12型注漿泵，最大額定流量9.0m3/h，最大壓力12MPa。

2、鉆具及材料

鉆桿采用Ф63.5mm×1.5m摩擦焊鉆桿，采用PDC復合片Ф219mm、Ф168mm、Ф127mm、Ф108mm、Ф73mm等系列鉆頭。攪拌采用自制立式0.2m3攪拌桶，水泥采用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

3、孔口管及固定盤

孔口管采用Ф177.8×7mm石油套管，最后一節與法蘭盤焊接，第一節切割為鋸齒狀，以便固管時出漿;孔口管400mm處焊接鋼板固定盤。

五、施工情況

1、地層情況

2、簡易水文觀測

在鉆進過程中，根據要求對鉆孔涌水點進行了簡易水文觀測工作，具體數據參照實際數據統計表。

六、鉆孔測斜情況

1、該鉆孔測量從孔口開始，終孔孔深為172.5m，每進尺7.5m進行一組測量，共23組數據。

2、鉆孔測斜數據計算表

3、測量結果

在測量終孔172.5m時，鉆孔實際軌跡相對于設計軌跡向上偏移6.5m，向左偏移4.86m。（坐標系為設計方向坐標）

七、結論

1、根據探放水鉆孔水壓、水量分析，涌水大部分為白堊系洛河組上段含水層水，有少量洛河組下段含水層水參與。

2、根據本次探放水孔揭露巖層情況及測斜資料分析，鉆孔開孔位置距宜君組底界斜距為104.0m，厚度2.83m;鉆孔孔深107.0m時揭露洛河組底界，厚度63.52m。鉆孔測斜終孔172.5m時，鉆孔實際軌跡相對于設計軌跡向上偏移6.5m，向左偏移4.86m;測斜深度107.0m（即宜君組頂界）時，鉆孔實際軌跡相對于設計軌跡向上偏移2.33m。

（作者單位：山東方大工程有限責任公司）