大型導水陷落柱綜合探查與阻水塞建造關鍵技術研究

研發起止時間：2018.1～2020.12

完成單位：晉能控股集團有限公司、中煤科工集團西安研究院有限責任公司、晉能控股煤業集團有限公司、晉能控股山西科學技術研究院有限公司

成果水平：國際領先

1 項目背景

巖溶水害一直是影響我國煤礦安全生產的主要水害之一。隨著我國淺部煤炭資源逐漸枯竭，煤炭開采深度不斷增大，煤礦生產受巖溶水害影響更加突出。目前，塔山礦煤層開采深度逐漸增大，帶壓開采程度不斷增強，再加上井田斷裂構造、陷落柱發育，在礦井采掘過程中發生奧灰突水的可能性越來越大，直接威脅礦井安全生產，奧灰水是礦井今后防治水工作的主要安全隱患。為了進一步提升晉能控股煤業集團礦井奧灰水害防治技術水平，提高礦井奧灰水害防治技術能力，有效指導今后礦井安全生產，有必要以塔山礦8228工作面奧灰水害注漿治理工程為示范工程，開展對晉能控股煤業集團塔山礦大型導水陷落柱綜合探查與治理技術等關鍵技術進行分析研究，在確保礦井安全采掘生產的同時，也將為礦井防治水積累技術經驗與科學數據，并形成晉能控股煤業集團礦井導水陷落柱綜合探查與治理技術體系，對實現礦井今后安全生產具有重要的理論和實際指導意義。

2 研究內容

(1）收集礦井地質及水文地質資料和奧灰水害綜合探查成果，進一步分析塔山礦8228工作面充水水源和導水通道。

(2）根據定向水平鉆進鉆速、鉆液消耗量、巖屑錄井、隨鉆測井等綜合探查資料，分析研究陷落柱發育范圍及空間分布特征，建立三維地質模型，并對陷落柱內部松散體膠結程度進行三維刻畫分區研究，指導陷落柱治理中采取合理有效的注漿治理工藝。

(3）依據陷落柱松散體膠結特征，研究不同分區介質定向水平分支孔成孔關鍵技術和注漿工藝方法。

(4）依據煤層開采水文地質條件，對阻水塞立體建造技術進行研究，實現大型通道的有效封堵截流。

3 主要研究成果

（1）利用井上下物探和地面定向水平鉆井探查技術，實現了對導水陷落柱空間發育范圍的準確探查（圖1-圖3）。

圖1 突水區地面三維地震探查成果示意圖（左）

圖2 突水區地面CSAMT探查成果示意圖（右）

圖3 導水陷落柱發育邊界探查成果示意圖

（2）根據松散體膠結不同特征，采用鉆進軌跡控制技術，實現了陷落柱松散體內定向水平孔軌跡有效控制（如表1）。

表1 陷落柱松散體各分區定向水平鉆成孔控制技術一覽表

（3）基于地面定向水平鉆等綜合探查成果，利用Surpac軟件對陷落柱松散體空間發育特征進行了主通道區、裂隙區和次生裂隙區分區(如圖4)，為陷落柱注漿分類治理提供了依據。

圖4 基于鉆液漏失量陷落柱破碎體三維刻畫分區圖

（4）創建了陷落柱阻水塞立體建造注漿工藝分區控制技術（如表2），實現了對導水陷落柱有效治理。

表2 阻水塞建造注漿工藝控制技術一覽表

4 應用效益

該項研究成果在塔山煤礦8228 工作面及8226 接續工作面成功應用，實現了對8228工作面奧灰水害的截流堵源，解放了煤炭資源，獲取了大型導水陷落柱綜合探查與阻水塞建造的關鍵技術，形成了一套適合大同礦區類似條件下導水陷落柱治理技術，項目成果為塔山煤礦奧灰水害防治積累了防治水技術經驗，為大同礦區奧灰水害防治提供了重要評價依據和基礎資料。

本項目于2021年4月8日通過了中國煤炭工業協會組織的專家鑒定，研究成果達到國際領先水平。