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        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

        2018-09-28 00:12:34張華兵張啟慧
        智富時代 2018年8期

        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)濟地留設防水煤柱,提高回采上限開采、解放煤炭資源,對指導各主采煤層工作面提高上限開采均具有重大的技術及經(jīng)濟意義。

        【關鍵詞】“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)濟地留設防水煤柱,提高回采上限開采、解放煤炭資源,對指導各主采煤層工作面提高上限開采均具有重大的技術及經(jīng)濟意義。

        二、施工目的和任務

        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)、最大導水裂隙帶高度及相關的技術參數(shù),特設計地面鉆孔兩個:裂3孔和裂4孔。鉆孔原則上布置在開采邊界附近即預計最大裂高發(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

        本次設計的兩個鉆孔由山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊施工,先施工裂3孔。具體施工過程為:采煤工作面推進至鉆孔位置前,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天再進行施工,探測“兩帶”的高度。停工等待期間,鉆機受到了地面沉降的影響。

        為防止地面塌陷影響鉆機生產(chǎn),本次施工特選用HCR-8全液壓履帶式鉆機,無需地面搭建四角鉆塔,且能夠液壓調(diào)整鉆機水平,排除地面塌陷引起地面鉆塔歪斜的風險。當工作面開采煤壁過鉆孔位置20天后,鉆機進行第二階段施工,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孔施工預計需要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,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。

        四、“兩帶”高度探究

        裂4孔地表復測標高為22.39米,地表下沉較明顯,鉆進至575.20m循環(huán)液消耗量0.27m3/h,鉆進至582.46m,消耗量1.64m3/h,鉆進至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,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。后頂水鉆進至612.17m,發(fā)生卡鉆掉鉆情況,無法繼續(xù)鉆進,停鉆封孔。

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

        冒落帶計算公式:

        導水裂隙帶計算公式為:

        或者

        (M為累計采厚)

        由公式判斷冒落帶高度約為6.5~10.9m。

        由公式判斷最大導水裂隙帶高度約為29.05~43.5m。

        由裂4孔實際鉆探分析,鉆探深度582.66m,消耗量迅速增加,表明已經(jīng)達到導水裂隙帶,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”孔的設計、施工經(jīng)驗,為今后此類工程的設計、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)驗公式計算出的高度存有部分差異。與經(jīng)驗公式相比,探測結(jié)果偏大??紤]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。因此應加強工作面防治水工作,減少水體對礦井生產(chǎn)的威脅。

        【參考文獻】

        [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與壓煤開采規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000.

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