王今朝 ，曹 棟

（1.冀中能源股份有限公司 郭二莊礦，河北 邯鄲 056300；2.冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)，河北 邯鄲 056008）

1 概 況

煤礦帶壓開采煤層中承壓水的防治是礦井防治工作的重點。隨著煤炭資源日益枯竭，煤層開采由簡單逐漸趨于復(fù)雜，解放受水害威脅煤層，增加礦井可采儲量，成為延續(xù)礦井壽命的重要手段。煤礦水害治理地面定向鉆進(jìn)技術(shù)是將石油系統(tǒng)先進(jìn)的水平定向鉆進(jìn)技術(shù)運用到煤礦的水害防治中，在奧陶系灰?guī)r中進(jìn)行水平鉆進(jìn)，突破了傳統(tǒng)的“以點帶面”的防治水技術(shù)，通過水平分支孔隨巖層傾角在灰?guī)r內(nèi)鉆進(jìn)，能夠超前探查并治理隱伏地質(zhì)構(gòu)造，封堵奧灰水導(dǎo)水通道，截堵水源，堵塞煤層底板導(dǎo)水裂隙，改變局部被注漿加固改造的含水層的富水性，變強(qiáng)含水層為弱含水層或隔水層，實現(xiàn)源頭治理。尤其在已知存在導(dǎo)水構(gòu)造，例如斷層、陷落柱、封閉不良鉆孔等的治理方面尤為重要，能夠做到精準(zhǔn)定位、有目的性的治理。

郭二莊礦二坑主采煤層為9 號煤，生產(chǎn)標(biāo)高在-100 m 以淺，主要受奧灰含水層水害威脅，奧灰含水層為本區(qū)最強(qiáng)含水層，近3 a 最高水位+23 m，屬于帶壓開采。29207 工作面位于郭二莊礦二采區(qū)南翼下部，為南翼第4 個回采工作面。該面東部為二采南翼深部地區(qū)（待采區(qū)），北至二采南翼回風(fēng)上山，南部連接29207 聯(lián)巷通往-100 大巷，西臨原二采南翼29205 回采工作面，回采標(biāo)高范圍-97.6—-44.8 m。

9 號煤層底板主要含水層為奧陶系石灰?guī)r含水層，該含水層頂板上距9 號煤層底板垂距一般14.8～36.04 m，平均隔水層厚度約為26.08 m。對9 號煤層開采有影響的主要是奧灰含水層八段、七段。奧灰八段30 m 左右，白云質(zhì)角礫狀灰?guī)r，富水性弱至中等，頂部發(fā)育風(fēng)化殼時可視為為相對隔水層。奧灰七段66.0～113.0 m，平均約85.0 m，厚層狀花斑灰?guī)r和純灰?guī)r，富水性強(qiáng)，不均一，在平面上有各向異性的特點，沿構(gòu)造線走向的地下水縱向流動，空間上隨著埋深的增加，富水性逐步減弱。目前生產(chǎn)地區(qū)即二采區(qū)在郭二莊井田奧灰水文地質(zhì)分區(qū)中屬于水文地質(zhì)條件中等區(qū)，單位涌水量一般小于1.0 L/s·m，徑流及富水性相對較弱。奧灰水位一般在6 月份最低，11 月份最高，年變化幅度枯水年5 m 左右，平水年10～20 m 左右，豐水年20～30 m，總體奧灰水位在下降，目前奧灰水位+14 m，近三年最高水位為 +23 m（2016 年 12 月）。

礦井-100 運輸大巷開拓時巷道揭露2 條導(dǎo)水?dāng)鄬樱?F292-2 和 F292-3 斷層。F292-2 斷層H=15～20 m，∠=40°；F292-3 斷層H=5～10 m，∠=40°。-100 大巷在掘進(jìn)至斷層位置時巷道出現(xiàn)涌水，最大涌水量約66.7 m3/h，最小約5 m3/h，平均40 m3/h，說明該斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?。而這2 條斷層預(yù)計延伸至29207 工作面以西深部區(qū)域。如果29207 工作面直接開采，將會存在奧灰含水層水突水風(fēng)險。

為保證29207 工作面安全回采，設(shè)計采用地面定向鉆進(jìn)技術(shù)，對該斷層導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)行地面注漿改造加固，封堵導(dǎo)水通道，消除底板奧灰含水層突水風(fēng)險。

2 性質(zhì)用途及成果的適用范圍

該項工程主要分為鉆孔施工和注漿，完成對目標(biāo)層位的注漿改造。鉆孔施工如圖1 和圖2 所示。

圖1 鉆孔施工立體圖Fig.1 Stereogram of drilling

圖2 鉆孔施工過程Fig.2 Drilling process

郭二莊礦二坑29207 工作面東部為F292-2 和F292-3 斷層，由于斷層落差較大，煤層底板隔水層厚度較薄，可能存在斷層導(dǎo)通奧灰含水層導(dǎo)致底板突水的風(fēng)險。通過工程實施，可有效封堵裂隙導(dǎo)水通道，減小底板奧灰突水風(fēng)險，保證作業(yè)安全。

該項成果適用于開采煤層附近存在導(dǎo)（含） 水?dāng)鄬?、陷落柱等?dǎo)水構(gòu)造時，地面定向鉆進(jìn)技術(shù)對其進(jìn)行注漿加固改造，改變其導(dǎo)（含） 水性，從而消除水患，保障礦井正常生產(chǎn)。

3 創(chuàng)新點及解決問題的辦法

（1） 施工多分支孔穿過斷層交點正中，控制斷層發(fā)育空間位置，結(jié)合鉆孔漏失定量分析斷層帶裂隙發(fā)育程度，為注漿孔位及注漿量設(shè)計提供依據(jù)。

（2） 設(shè)計水平孔與斷層斜交，交點間距不大于分支孔設(shè)計間距，確保水泥漿液沿斷層帶裂隙充分?jǐn)U散，保證注漿治理效果。

（3） 地面定向分支孔施工采取順序施工、依次注漿的原則，即確保單次注漿充分起壓，保證漿液擴(kuò)散范圍，同時借助下組分支孔檢驗注漿治理效果。

（4） 地面注漿比井下注漿壓力大，能有效克服奧灰水頭壓力，有利于提高水泥漿的擴(kuò)散半徑，封堵巖層中的微小導(dǎo)水裂隙，提高巖層隔水性能，保證礦井安全生產(chǎn)。

4 實施情況及實施效果

4.1 施工設(shè)計

治理斷層共設(shè)計5 個分支孔，分別為注1-M8-1 孔、注 1-M8-2 井、注 1-M8-3 井、注1-M8-4、注1-M8-5，具體見表1。分支孔都是在原注1-M8 孔的水平段基礎(chǔ)上開始側(cè)鉆施工，全部采用φ152.4 mmPDC 鉆頭/ 三牙輪鉆頭水平段鉆進(jìn)。鉆進(jìn)層位為奧陶系灰?guī)r頂部25 m，施工設(shè)計如圖3 所示。

表1 治理斷層構(gòu)造分支孔設(shè)計工程量Table 1 Engineering quantity of branch hole design of fault structure

圖3 治理斷層構(gòu)造分支孔布置平面Fig.3 The branch hole layout plan of the governing fault structure

4.2 施工情況

注1-M8-1 孔：于2018 年7 月5 日開始施工，2018 年7 月16 日結(jié)束；注1-M8-1 井三開水平進(jìn)尺383.00 m（910.00～1 293.00 m），奧灰封孔共注水泥 165.00 t。

注 1-M8-2 孔：于 2018 年 7 月 20 日開始施工，2018 年8 月16 日結(jié)束；注1M8-2 井三開完成水平進(jìn)尺376.00 m（860.00～1 236.00 m），奧灰注漿及封孔共注水泥2 145.00 t。在鉆進(jìn)過程中遇到2 個漏失點，按先后順序分別編號為注M8-2-①、注M8-2-②。

注 1-M8-3：于 2018 年 8 月 23 日開始施工，2018 年9 月14 日結(jié)束；注1M8-3 井三開完成水平進(jìn)尺384.0 m（790.00～1 174.00 m），奧灰注漿及封孔共注水泥867.00 t。在鉆進(jìn)過程中遇到1 個漏失點，漏失點在井深1083.95 m，終孔漏失量為20 m3/h，編號為注M8-3-①。

注 1-M8-4：于 2018 年 9 月 17 日開始施工，2018 年9 月27 日結(jié)束；注1-M8-4 井三開完成水平進(jìn)尺368.00 m（750.00～1118.00 m），奧灰注漿封孔共注水泥1 184.00 t。在鉆進(jìn)過程中遇到1 個漏失點，漏失點在井深943.64 m，終孔漏失量為30 m3/h，編號為注M8-4-①。

注 1-M8-5：于 2018 年 9 月 30 日開始施工，2018 年10 月11 日結(jié)束；注1-M8-5 井三開完成水平進(jìn)尺624.00 m（350.00～974.00 m），奧灰注漿及封孔共注水泥197.00 t。

漏失點注漿具體情況見表2。

表2 漏失點注漿統(tǒng)計Table 2 Statistics of leakage point grouting

4.3 注漿效果檢驗

治理結(jié)束后，為了驗證F292-2 斷層治理效果進(jìn)行驗證工程。

4.3.1 井下驗證孔施工

在29207 運巷共設(shè)計5 個驗證孔檢驗注漿治理效果，設(shè)計位置如圖3 所示。驗證孔組于2019年 7 月 4 日開始施工，2019 年 7 月 29 日竣工驗收，驗證孔施工質(zhì)量全部合格，符合《煤礦帶壓開采地面區(qū)域治理技術(shù)管理規(guī)范（試行）》，成果見表3。

表3 井下驗證孔施工成果Table 3 Underground verification hole construction results

4.3.2 井下綜合物探

利用3 種方法對工作面進(jìn)行井下綜合物探，再針對物探異常區(qū)及斷層施工了驗證孔進(jìn)行驗證，結(jié)果表明治理效果良好。因此，通過定向鉆進(jìn)結(jié)合注漿工程有效地封堵了奧灰頂界面下25 m 層位的巖溶裂隙及斷層等（導(dǎo)） 含水構(gòu)造，避免了奧灰突水威脅，保證安全回采。

4.3.3 回采過程中水文資料收集

29207 工作面已經(jīng)回采結(jié)束，在工作面回采過程中未出現(xiàn)奧灰出水現(xiàn)象，僅存在少量的本溪層位出水，說明了通過地面定向鉆進(jìn)及注漿技術(shù)，對原本導(dǎo)水?dāng)鄬映晒M(jìn)行了注漿封堵治理，效果明顯。

5 結(jié) 語

通過地面定向鉆進(jìn)技術(shù)對郭二莊礦二坑29207工作面導(dǎo)水?dāng)鄬拥闹卫恚行Ъ庸谈脑炝藢?dǎo)水?dāng)鄬訕?gòu)造，封堵裂隙導(dǎo)水通道，提升地面區(qū)域治理實際效果，減少采掘過程中奧灰突水的風(fēng)險，保障采掘作業(yè)安全。該項技術(shù)可解放受導(dǎo)水?dāng)鄬訕?gòu)造等突水威脅的煤炭資源，提高煤炭回收率，減少資源浪費。方案實施后確保了29207 工作面安全生產(chǎn)。