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】

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