采面底板物探異常區(qū)鉆探鉆孔設(shè)計及應(yīng)用分析

李 賀

（晉能控股集團有限公司潘家窯礦，山西大同 037003）

對已發(fā)現(xiàn)的采面底板的異常區(qū)域進行鉆探驗證，是確保煤礦生產(chǎn)的一項關(guān)鍵工作，許多學(xué)者都在對其進行了深入的探索和驗證，并在實踐中獲得了較好的結(jié)果。例如:史先志、張金陵等[1]對21109采面底板的防滲處理進行了研究，利用數(shù)值仿真技術(shù)對底板的擾動程度進行了預(yù)報，并給出了相應(yīng)的防滲措施；劉寧[2]以陽煤五廠8136 采面為實例，運用物探技術(shù)勘探了礦區(qū)內(nèi)的非正常區(qū)域，并給出了相應(yīng)的鉆井方案；時繼虎[3]利用G1S技術(shù)，對煤礦災(zāi)害管理的信息化進行了探討[1]。本文以晉能控股集團某礦為實例，在2204開采過程中，對物探探測技術(shù)勘探發(fā)現(xiàn)的2204開采底板的異常區(qū)域進行了鉆井設(shè)計，并對其進行了驗證和評估。

1 工程概述

1.1 采面概況

2204采面在2采區(qū)北部，東鄰2202面采空區(qū)，西側(cè)2206采面（實體煤），南部受地質(zhì)構(gòu)造影響較小的煤層，北部為采區(qū)運輸、軌道及回風巷。2204 采平面的設(shè)計向為1320m，坡長150m，采面標高+552～+631m，與地面標高+890～+938m 相適應(yīng)。采面開采5 號煤層，厚5.4m，煤的分布比較平穩(wěn)。

1.2 地質(zhì)概況

2204 采表面處于一單一斜段的上段，整個采平面總體表現(xiàn)為中間低、兩端高的傾向。回采巷道開挖過程中，發(fā)現(xiàn)了12條斷層，全部為垂直斷裂，在斷裂的周圍，平均落差6m，煤體的厚度差異很大，頂面的裂隙比較大。

2204采區(qū)不存在陷落柱、巖漿巖入體現(xiàn)象，開采面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)整體上處于中等水平。在采面采掘過程中，直接涌水水源主要是5號煤區(qū)頂板砂裂縫含水層，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，每孔井涌水量在0.0125～0.0893L/(m·s)之間，富水性較弱，對工作面的生產(chǎn)沒有明顯的影響；采面間接水源在5 號煤的底板下伏灰?guī)r（水位+760m）與太原組（+720m）時，5號煤與灰?guī)r和太原組的距離分別為50m、78.6m。按照礦務(wù)局防洪辦水規(guī)處的相關(guān)計算方法，得到了太原組和石炭組的突水因子0.0269～0.0342MPa/m、0.0162～0.0513MPa/m。由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的原因，各斷面的突水因子普遍低于0.06MPa/m，因此，開采表面不會受到基底壓力的影響。

開采平面西側(cè)2202 采空區(qū)內(nèi)側(cè)的蓄水，經(jīng)過前期清理，目前在采空區(qū)有4～6m3/min 的動力補水，但在疏泄過程中要密切觀察疏泄井眼的排水量，以防止井眼發(fā)生堵塞。

2 采面底板物探異常區(qū)鉆孔設(shè)計

利用瞬變電磁方法對采面和底板進行了檢測，并給出了具體的測量結(jié)果。通過地球物理勘探，確定了YC1～YC6 的異常區(qū)，其中富水區(qū)2 個，高阻畸變區(qū)4 個。

異常區(qū)的具體分布為：YC1在5號煤的底板下74～106m 區(qū)間內(nèi),YC2 在5 號煤的底板下76～105m 區(qū)間內(nèi)，YC3 在5 號煤的下半部60～126m 區(qū)間內(nèi)，YC4 在5 號煤的下半部62～132m 區(qū)間內(nèi)，YC5 在5 號煤的底板下面59～124m區(qū)間內(nèi)，YC6在5號煤的底板下面69～114m區(qū)間內(nèi)。

圖1 瞬變電磁法勘探結(jié)果

在采面物理勘探成果的基礎(chǔ)上，決定布置6個勘探區(qū)和12個探井，共計2533m的鉆井進尺，目的是為了對2204 采面進行物理勘探所確定的異常區(qū)進行檢驗，從而為以后的開采工作打下堅實的基礎(chǔ)。該工程在ZDY1200S鉆井平臺上完成了探井工程的建設(shè)，詳細的鉆井布局指標見表1。在鉆井作業(yè)中，要隨時觀察鉆井的涌水量、水壓和水溫，并且要保持5min 以上的時間，如果有任何的不正常現(xiàn)象，就要及時停止鉆井，鉆孔共計注漿量為5.72t。

表1 探測鉆孔參數(shù)

該探井的井位、傾角、井眼等都達到了設(shè)計要求。通過對探井施工過程中的涌水量的分析，發(fā)現(xiàn)12個探井中8 個井有水涌出，4 個井沒有出水，井下的最大涌水量見圖2。

圖2 探測鉆孔單孔最大涌水量統(tǒng)計圖

從圖2 可以看出，鉆井中有6 個井眼具有0～5m3/h的涌水量，占全部井眼（12 個）的50%；涌水量在5～10m3/h內(nèi)有1個井，占全部井眼（12個）的8.2%；涌水量為10～15m3/h的井總數(shù)0個；涌水量為15～20m3/h內(nèi)有1個井，占全部井眼（12個）的8.2%。

3.2 根據(jù)分析的果汁香氣成分和含量配制香精配方A，感官評價表明配方 A，雖然在一定程度上反映了百香果果汁香氣，但是不能體現(xiàn)百香果果汁香氣的天然香氣，且調(diào)配出來的香精化學(xué)氣息太濃，香氣分散，不宜作為食品香精使用。

通過對探井的注漿量進行了計算，發(fā)現(xiàn)單一井眼的灌漿最大值為1.10t，最低為0.31t，而單一探井的平均注漿量為0.48t。根據(jù)觀測井眼的注漿量與井眼涌流量的變化規(guī)律，由圖3可知，井眼涌水量與灌漿流量成正比，井眼涌水量較大，鉆井中灌漿的數(shù)量很大，反之也是如此。通過對物探異常區(qū)進行鉆井、灌漿，實現(xiàn)了對異常區(qū)裂縫進行物理勘探，加強隔水層的強度和隔水率，并將其與上層的水流通路隔離開來，這樣可以增加采區(qū)的安全度[2]。

圖3 探測鉆孔注漿量與鉆孔涌水量關(guān)系

3 物探異常區(qū)探測鉆孔施工及效果評價

異常區(qū)的勘探鉆孔全部通過了現(xiàn)場檢查，鉆孔的方位、傾角和鉆孔深度、封口的質(zhì)量和其它方面都達到了生產(chǎn)的需要。探井的位置布置得較好，井眼的排列間距和鉆進層位都能滿足實際的要求。利用井下注漿量的檢測，可以有效地填充物探圈定的含水層裂縫，加強了隔水層的強度，并進一步封閉了導(dǎo)水裂縫，增強了隔水層的強度和隔水能力。

太原組2204 采面上實測的最大壓強為1.95MPa。突水系數(shù)的計算公式如下：

式中：T——突水系數(shù)，MPa/m；

P——含水層水頭壓力，MPa；

M——5號煤基礎(chǔ)上的隔水厚度，在加固后M取值為45m。

通過對2204采面的分析，得出了2204采面的突水因子為0.043MPa/m。結(jié)果顯示，在開采過程中，開采表面沒有發(fā)生突水的風險，能夠達到開采的要求。

在2204 礦的地球物理勘探成果的基礎(chǔ)上，采用了異常區(qū)的注水補孔技術(shù)。另外，在勘探的異位帶和檢測井的周圍，還增加了2個探井，在探井作業(yè)過程中沒有發(fā)生過噴水。通過對補鉆孔的驗證，證明了該方案的鉆井效果是顯著的。

對2204采面物探、異常區(qū)鉆孔布置、鉆探鉆孔涌水量、注漿量、后期驗證鉆孔效果進行了全面的分析，2204采面底板的灰?guī)r和太原組的灰?guī)r含水層具有中等富水性。

4 排水系統(tǒng)設(shè)置

通過對這次物探異常區(qū)域的注漿作業(yè)，發(fā)現(xiàn)該工程已成功地封閉了導(dǎo)水通道，減少了突水風險，在回采過程中，主要是由5號煤層的頂板砂巖水供給，其次是基底砂巖水，預(yù)計涌水量為10～1835m3/h，最大涌水量為35m3/h。

通過對2204 工作面回采涌水量的分析，提出了在回風巷及運輸巷的低洼部位設(shè)置臨時水倉，并利用BQS 50-30-7.5/N排水泵，通過下水道將臨時水倉內(nèi)的水通過副暗井、車場水溝、水倉排到地表。該工藝中應(yīng)特別指出，抽水系統(tǒng)為雙泵、雙電源，為了保證生產(chǎn)的安全，必須對井巷進行及時的清洗[3]。

5 結(jié)語

（1）在2204回采工作面勘探成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計了鉆井鉆孔，按施工條件進行注漿，使采面底板異常區(qū)域出現(xiàn)的突水隱患得到了有效解決，從而確保了采面的安全。

（2）井眼涌水量和注漿量成正比關(guān)系，井眼涌水量大時，井眼灌漿量大，反之亦然。

（3）根據(jù)開采過程中的涌水量，提出了設(shè)置一個臨時的儲水池，并安裝與之相匹配的排水泵和排水管道，以滿足排水要求，并能將地下水迅速排出。加強對排水道的維修，并及時清理巷道和水溝積水，防止堵塞。