靳衛(wèi)虎

摘要：本文介紹了地面定向鉆探技術(shù)在礦井的應(yīng)用，并通過地面定向鉆孔沿巷道穿斷層探查，對探查范圍內(nèi)斷層破碎帶進行注漿綜合治理實例分析，得到了地面定向鉆探技術(shù)綜合治理礦井大型斷層過程中的一些常見問題及解決方法，證明了地面定向鉆探技術(shù)綜合治理礦井大型斷層具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：定向鉆探；大型斷層；高壓注漿

1 地質(zhì)概況

1.1治理區(qū)地質(zhì)概況

袁店一井煤礦東翼大巷（東翼軌道大巷、東翼回風(fēng)大巷、東翼運輸大巷）位于礦井東部，由原東翼三條大巷生根至礦井邊界附近，順礦井邊界穿aF1斷層∠60～70°H=260～310m和五溝楊柳斷層∠65～75°H=140～325m，5‰上山施工。大巷外段（方位N50°）施工層位位于32煤頂板約78～145m，里段（方位N114°）施工層位變化較大，aF1斷層前位于32煤頂板約170m，aF1斷層后位于32煤底板約125m，局部受斷層影響將揭露32煤，穿五溝楊柳斷層后層位位于10煤頂板約10m。東翼軌道大巷標(biāo)高-740.5m～-723.6m，長約3377m，東翼回風(fēng)大巷標(biāo)高-740.5m～-710.6m，長約3481m，東翼運輸大巷標(biāo)高-740.5m～-722.2m，長約3446m。東翼大巷施工期間主要受煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水和斷層水影響。其中aF1和五溝楊柳斷層為大型斷層，落差較大，掘進施工期間影響較大。據(jù)2017-D5孔對aF1斷層破碎帶抽水試驗資料：q=0.00016L/（s.m），k=0.000198m/d，富水性弱。103采區(qū)大巷穿aF1斷層期間也無水文地質(zhì)異常，由此說明aF1斷層富水性弱、導(dǎo)水性差。

2 東翼大巷穿aF1斷層綜合治理方案

2.1 巷道穿aF1斷層情況分析

aF1斷層為正斷層，傾角約60～70°，落差260～310m，斷層面較為破碎。巷道穿斷層時可能出現(xiàn)地應(yīng)力大、頂板垮落、巷道支護困難、水害隱患等工程及水文地質(zhì)問題。需對aF1斷層進行綜合工程治理。以保障后期巷道的安全掘進。東翼回風(fēng)、皮帶、軌道大巷設(shè)計穿過aF1斷層，自斷層上盤向斷層下盤掘進，平面位置見圖2-。目前，東翼回風(fēng)巷已經(jīng)掘進至H18點前32.5m，預(yù)計距離aF1斷層面約113m。

三條巷道空間位置布置及施工現(xiàn)狀，見圖2-、圖2-。簡述如下：

回風(fēng)大巷：該巷道在斷層影響范圍內(nèi)是平巷，底板標(biāo)高為-723.51m～-721.95m，坡度為5‰。掘進至距離斷層113m處，已停止掘進；

皮帶大巷：該巷道在斷層影響范圍內(nèi)為下山，下坡15°施工150m后變平按5‰下坡施工，底板標(biāo)高在-735m～-695m之間，現(xiàn)未掘進至斷層區(qū)域；

軌道大巷：該巷道在斷層影響范圍內(nèi)是平巷，底板標(biāo)高為-736.19m～-735.363m，坡度為5‰，巷道施工至距斷層面150m停止掘進。

2.2 治理方案

根據(jù)井下巷道情況及地面鉆機施工能力，合理設(shè)計技術(shù)方案，施工地面定向順層鉆孔精確進入巷道位置沿巷道中心鉆進，超前探查治理區(qū)段潛在水害威脅，并進行高壓注漿加固，通過分段“探注結(jié)合”施工，有效加固治理區(qū)段的斷層裂隙。通過高壓注漿將周圍構(gòu)造裂隙充填壓密，對斷層帶圍巖進行注漿改性，為巷道穿越斷層帶支護創(chuàng)造條件，從而達(dá)到超前掩護巷道掘進的目標(biāo)。

2.2.1 治理范圍

東翼三條巷道平行布置，間距為40m，回風(fēng)巷道已掘進至距離斷層面約120m。斷層治理需進行高壓注漿，必須保證60m的注漿安全距離。因此，斷層上盤回風(fēng)、皮帶巷查治范圍自巷道停掘位置延伸60m起，距離斷層面約60m；因斷層位置可能不準(zhǔn)，下盤控制距離約100～120m。總治理區(qū)段160～180m。

2.2.2 查治方案

1、巷道查治

設(shè)計1組地面水平孔3個支孔分別分序次控制三條巷道治理區(qū)段。鉆孔水平段自斷層下盤進入預(yù)設(shè)位置，沿巷道中心線向巷道停掘位置方向分段鉆進查治。單孔注漿查治范圍預(yù)計10～20m范圍。

2、檢驗加固

根據(jù)巷道查治施工情況，檢驗治理效果。若巷道查治孔注漿量小、漿液擴散距離較小，需設(shè)計3個機動分支孔對巷道頂部距巷道中心線10m處進行注漿加固。檢查孔孔軌跡與3個巷道孔平行，即將3個巷道分支孔向上平移10m，對巷道頂板進行綜合治理；若巷道治理孔注漿量大、漿液擴散距離大，調(diào)整機動孔位置，減少檢查孔數(shù)量。

3 綜合治理工程設(shè)計

3.1 鉆探工程設(shè)計

3.1.1鉆孔布置

設(shè)計S1孔組順巷道水平孔組3個巷道治理支孔。分別為S1-1（回風(fēng)巷）、S1-2（皮帶巷）、S1-3（軌道巷）。另機動孔位于巷道上方，根據(jù)治理情況而定，暫編號為S1-1-1（回風(fēng)巷）、S1-2-1（皮帶巷）、S1-3-1（軌道巷）。鉆孔軌跡平面布置下見圖3-。

3.2 注漿工程設(shè)計

3.2.1 注漿方法

采用孔口密閉止?jié){、靜壓分序分段下行式注漿法。要求從治理段按單位注漿段長依次分段鉆進、注漿，上一段未達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，不得進行下一段施工。注漿單位段必須根據(jù)具體情況臨時調(diào)整。只要未達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，每次注漿前后均須壓水，若壓不進水，則下鉆具進行透、掃鉆孔至孔底，以便下次再注。

3.2.2 注漿材料

水泥采用P.O.42.5普通/復(fù)合硅酸鹽早強水泥，其質(zhì)量應(yīng)符合國家GB175-92標(biāo)準(zhǔn)，不得使用受潮結(jié)塊的水泥或過期的水泥。造漿用水水質(zhì)須滿足國家混凝土拌合用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其SO4-2含量應(yīng)<1%，PH應(yīng)>4。預(yù)計注漿量：5000噸。

3.2.3 施工工藝

注漿使用具有國內(nèi)先進水平自動化程度高、勞動強度低、污染小的攪拌系統(tǒng)，可連續(xù)制漿和注漿。采用中低流量高壓聚能泵（20～120L/min，耐壓20～30MPa）注入孔內(nèi)，整個系統(tǒng)由供電、供水、供儲灰、制漿、注漿、輸漿、止?jié){等7個部分，注漿以水泥單液漿為主。

4 工程實施情況

根據(jù)斷層注漿量較小的情況，本工程共實施1個鉆孔單元，累計施工4個鉆孔，3個分支孔和1個驗證鉆孔，機動孔未施工。

4.1鉆探工程

工程歷時3個月共完成4個分支孔，累計鉆探進尺2421m，其中，一開進尺295.66m，下入244.5mm×8.94mm套管295.3m；二開進尺516.34m，下入177.8mm×8.05mm套管811.8m；三開進尺1609m，沿巷道治理區(qū)段鉆進段長587m其中S1-1孔鉆進段長157m，S1-2孔鉆進段長156m，S1-3孔鉆進段長174m，S1-1-1孔鉆進段長100m。

4.2 注漿工程

4個分支孔采取分段注漿，累計沿巷道治理區(qū)段鉆進段長587m，累計注水泥1858t。其中S1-1注水泥838 t，S1-2注水泥306 t，S1-3注水泥699 t S1-1-1注水泥15t。

5 治理效果

1、本工程是淮北礦業(yè)集團首次試驗性地采用地面水平定向孔高壓注漿技術(shù)解決超前掩護巷道過大型斷層的問題，推廣價值高，安全效益顯著。

2、根據(jù)鉆探錄井記錄及簡易水文觀測結(jié)果，表明治理區(qū)域裂隙發(fā)育程度地，無水源補給通道，消除了潛在水害威脅。

3、通過地面高壓注漿，三條大巷穿斷層破碎帶圍巖得到了充分充填加固，為巷道穿越斷層的支護創(chuàng)造了有利條件。

6 結(jié)束語

綜合治理工程基本達(dá)到預(yù)期效果，但工程實施過程中仍有些問題需要解決。

1、S1鉆孔單元注漿期間，S1-3孔第二段、S1-3孔第三段和S1-2孔第一段鉆進過程中，都出現(xiàn)不同程度的孔內(nèi)返水情況，總返出水量約276m3，最大單位時間返出量達(dá)到10m3/h。主要是由于高壓注漿漿液壓力沿地層原生裂隙及構(gòu)造裂隙發(fā)育方向擴散；另由于局部構(gòu)造作用，成為力的卸載通道，在巖石力學(xué)薄弱區(qū)域形成卸載點，在后續(xù)施工治理東翼皮帶大巷的S1-2孔鉆探工程時，孔內(nèi)出現(xiàn)大量返水情況，表明兩側(cè)先行施工的S1-1孔以及S1-3孔高壓注漿產(chǎn)生的壓力傳導(dǎo)至中間的東翼皮帶大巷周圍，在S1-2孔鉆探施工過程中再次揭露該處地層裂隙，使得應(yīng)力釋放，水泥漿液析出水分從孔口返出。注漿水在井下巷道施工過程中存在次生水害影響，因此必須在巷道恢復(fù)掘進施工前采用物探超前探測和鉆探驗證相結(jié)合的方法循環(huán)探查驗證，掩護巷道施工安全。

2、根據(jù)井下巷道實揭情況，局部見注漿水泥痕跡，但未見到鉆孔及驗證鉆孔，說明定向鉆孔的施工精度仍存在較大誤差。建議對定向設(shè)備儀器定期檢校以及對當(dāng)?shù)氐拇牌堑男Ｕ?/p>

3、實際注漿量與設(shè)計注量相差較大，注漿設(shè)計時要根據(jù)大型斷層的導(dǎo)富水性以及斷層斷開的煤系地層的巖層情況合理設(shè)計漿液比重和注漿壓力。

（作者單位：淮北礦業(yè)股份有限公司袁店一井煤礦）