李瑩

（冀中能源峰峰集團有限公司 辛安礦，河北 邯鄲056200）

1 礦井概況

辛安礦隸屬冀中能源峰峰集團有限公司，原名黃沙礦，由黃沙區(qū)和辛安區(qū)組成。2013年因礦井資源接近枯竭經(jīng)政府批準破產(chǎn)重組，更名為冀中能源峰峰集團有限公司辛安礦。重組后井田范圍保持不變，礦區(qū)面積15.280 7 km2；批準開采煤層為2、6、7、8、9號煤層，開采方式為地下開采，開采煤層標(biāo)高+230—-950 m。目前，礦井主采煤層為2號煤，2014年礦井核定生產(chǎn)能力為150萬t/a。礦井地質(zhì)類型、水文地質(zhì)類型均為復(fù)雜型，礦井涌水量在30～34 m3/min，屬大水礦井，防治水工作難度較大。

2 11216采區(qū)概況

11216采區(qū)地面為磁縣岳城鎮(zhèn)漳村村莊，工作面南部為岳城水庫水淹區(qū)，從峰公路從該區(qū)北部穿過，地面海拔高程+140～+210 m，區(qū)內(nèi)煤巖層呈單斜構(gòu)造，賦存穩(wěn)定。大煤海拔高程-505～-660 m，平均厚度4.2 m，可采儲量約250萬t。

采區(qū)處在F38正斷層（落差180 m）下盤，東西寬330 m，南北長1 200 m。區(qū)內(nèi)只有3個地面地質(zhì)勘探孔。因村莊等影響未進行過地面三維地震、電法等物探工作，區(qū)內(nèi)地質(zhì)、水文地質(zhì)資料稀少。

據(jù)南側(cè)申家莊煤礦、北側(cè)212采區(qū)采掘情況推測，216采區(qū)內(nèi)可能發(fā)育有隱伏的陷落柱、斷層和裂隙等導(dǎo)水構(gòu)造。

3 選取奧陶系灰?guī)r為目的層存在的問題

以奧灰頂部為治理目的層的區(qū)域治理工程適用于奧灰頂部風(fēng)化殼充填帶充填效果較好及巖溶發(fā)育程度較低的礦井，該類型礦井奧灰頂部多被黏土填充，在奧灰頂部七段或者八段厚度及進入奧灰含水層見水深度差異較大，富水性不均或富水性弱。

辛安礦奧灰位于地下水強徑流帶，富水性極強，礦井2010和2011年連續(xù)兩年發(fā)生奧灰突水事故，最大突水量400 m3/min，另外，辛安礦地質(zhì)類型為極復(fù)雜型，構(gòu)造發(fā)育且新區(qū)控制程度低，選擇奧灰頂部作為治理目的層不僅構(gòu)造無法判別，且注漿量大無法達到治理的效果，因此選擇奧灰頂部作為區(qū)域治理目的層不符合礦井實際情況。

4 11216采區(qū)區(qū)域治理技術(shù)方案設(shè)計

辛安礦綜合分析認為，選擇大青灰?guī)r為治理目的層同樣可以使工作面開采突水系數(shù)小于0.1 MPa/m，達到相關(guān)規(guī)定要求，實現(xiàn)無水害安全開采。研究決定，11216采區(qū)地面區(qū)域治理工程中試驗性選擇大青灰?guī)r為治理目的層進行區(qū)域治理工作。

4.1 設(shè)計思路

在地面施工定向水平鉆孔，以大青灰?guī)r含水層為目的層，進行區(qū)域水文地質(zhì)條件探查與全面預(yù)注漿加固治理，完成查明水文地質(zhì)條件，封堵奧灰水導(dǎo)水通道的基本任務(wù)，為井下探巷安全掘進奠定良好基礎(chǔ)后，在巷道掘進中進行物探和施工少量的檢查鉆孔，驗證大煤底板含隔水層注漿改造效果。

4.2 工程設(shè)計

4.2.1 目的層的選擇

注漿加固治理目的層選擇大青灰?guī)r含水層（位于大煤底板以下120 m位置）。選擇依據(jù)為，①注漿改造后，區(qū)內(nèi)大煤底板隔水層完整性和阻水能力可全面提高，滿足突水系數(shù)小于0.1 MPa/m要求。②辛安井田奧灰含水層富水性極強，巖溶裂隙發(fā)育，預(yù)計注漿量大，費用很高。③大青含水層為溶隙裂隙含水層，富水性弱—中等，既有利于注漿改造，注漿量又不會太大，成本較低。

4.2.2 鉆孔設(shè)計

設(shè)計主孔1個，編號注1，定向分支孔10個，按水平間距40 m，南北向平行布置，自西向東依次編號為注1-1、注1-2、注1-3、注1-4、注1-5、注1-6、注1-7、注1-8、注1-9、注1-10。對覆蓋范圍內(nèi)2號煤層底板大青含水層進行全面改造加固。

因所有鉆孔與區(qū)內(nèi)主節(jié)理發(fā)育方向平行布置，為防止漏探中小型隱伏導(dǎo)水?dāng)鄬樱严叮?，在?-4孔內(nèi)，每隔200 m沿近主節(jié)理傾向，仍在大青灰?guī)r內(nèi)順層施工次級定向分支孔5個，編號分別為注1-4-1、注1-4-2、注1-4-3、注1-4-4、注1-4-5。

4.2.3 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計

主孔結(jié)構(gòu)。①一開孔徑為311 mm，下入φ244.5×8.94 mm孔口管530 m（根據(jù)造斜段曲率半徑300 m考慮），并固結(jié)牢固。②二開孔徑216 mm，開孔段在500～550 m，采取定向鉆井，鉆至大青灰?guī)r，全孔段下入φ178×8.05 mm無頭管，并固結(jié)牢固，各孔造斜段長度在440～650 m。③開孔徑152.4 mm，裸孔，全部在大青灰?guī)r層內(nèi)順層鉆進，直至終孔位置，鉆孔結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Drilling structure

5 工程取得的技術(shù)成果

根據(jù)已經(jīng)施工完成的各鉆孔及巷道揭露資料綜合分析認為，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件清楚，無陷落柱、導(dǎo)水構(gòu)造。各鉆孔均沿大青灰?guī)r層位施工，均勻布孔，孔間距40～60 m，覆蓋216全區(qū)采煤范圍，施工過程中只1-2、1-9孔出現(xiàn)漏失，分析為局部裂隙發(fā)育，大青灰?guī)r整體水文地質(zhì)條件簡單、不富水。216采區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)斷層4條，其中，只有F53斷層南段截斷F54斷層縱向下由大煤層位穿過大青石灰?guī)r層深切到了奧灰含水層，落差變大，該斷層位于112164里工作面500 m范圍內(nèi)正下方。

F53斷層為壓扭性走向正斷層，該斷層自2號煤層位向下到大青層位延伸過程中，斷層位置由112164里工作面運料巷西側(cè)逐漸發(fā)育至運煤巷東側(cè)，斷層全部處于工作面里段正下方，對工作面里段底板連續(xù)性破壞明顯。經(jīng)注1-5、注1-7-1孔施工情況綜合分析，斷層應(yīng)不垂向?qū)?/p>

根據(jù)注1-11-2孔鉆探成果資料分析，奧陶系灰?guī)r含水層頂面與大青灰?guī)r含水層底板層間距為25 m，大青灰?guī)r層厚5～6 m，大青灰?guī)r含水層頂面與2號煤底板層間距120 m以上，因此，奧陶系灰?guī)r含水層與2號煤間正常層間距在150 m以上，隔水層厚度穩(wěn)定。

根據(jù)鉆孔情況分析，該含水層平面連續(xù)性好，沉積穩(wěn)定。井下施工的效果檢驗孔均穿過大青灰?guī)r。據(jù)井下鉆孔揭露，該含水層單孔涌水量0～6 m3/h，大部分小于2 m3/h，水溫21.9℃～23.5℃，水位為-493～-105 m，大青灰?guī)r含水層整體富水性弱，僅局部裂隙發(fā)育，水力連通性較差。經(jīng)過地面區(qū)域治理工程，該層已由含水層變?yōu)楦羲畬印?/p>

地面區(qū)域治理鉆孔，在注漿加固改造大青灰?guī)r期間，其隔水層底板在高達19～23 MPa壓力情況下，巷道未發(fā)現(xiàn)漏漿，證明隔水層阻隔水性能良好。地面鉆孔注漿全過程，與巷道間最小巖柱95 m，未在井下巷道、采空區(qū)以及巷道揭露的斷層帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)有水泥漿液的痕跡，且之后施工的區(qū)域治理效果檢驗孔，揭露大青含水層時，發(fā)現(xiàn)了地面鉆孔注漿時壓入地層的循環(huán)液，水呈紅褐色，但揭露山伏青灰?guī)r含水層時，其水質(zhì)無變化，進一步表明，現(xiàn)條件下，區(qū)內(nèi)底板隔水層阻隔水性能良好。地面鉆孔鉆進過程中，揭露野青、山伏青灰?guī)r含水層時，與巷道間巖柱最小分別為42 m、92 m，承受的壓力分別為9 MPa、10 MPa，巷道內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)跑漿，這也說明底板隔水層阻隔水性能良好。

6 技術(shù)、安全及經(jīng)濟效益

6.1 技術(shù)效益

選擇以薄層灰?guī)r為治理目的層的技術(shù)創(chuàng)新為區(qū)域治理工程在治理煤礦底板水害提供了新的解決途徑，該技術(shù)創(chuàng)新具有實施簡便，試用范圍廣、判層及治療效果顯著的優(yōu)點，具有極大的推廣意義。

6.2 安全效益

選擇以薄層灰?guī)r為治理目的層能夠有效判別薄層灰?guī)r層位的隱伏構(gòu)造，同時對含水層進行注漿改造，對隔水層進行注漿加固，能夠有效地防治底板水害的發(fā)生，解放待采的煤層，保證安全生產(chǎn)。

6.3 經(jīng)濟效益

經(jīng)過以薄層灰?guī)r為治理目的層的區(qū)域治理工程，能夠有效地防治底板水害，保證煤層開采安全，解放了整個11216采區(qū)的2號煤層，解放煤量250萬t。

7 經(jīng)驗總結(jié)

通過11216采區(qū)地面區(qū)域治理工程的實施，對于以薄層灰?guī)r為治理目的層的區(qū)域治理工程，辛安礦積累了大量經(jīng)驗。

（1）大青灰?guī)r平面連續(xù)性好，沉積穩(wěn)定，厚度約6 m。

（2）大青灰?guī)r作為治理目的層層厚較小，斷層、隱伏構(gòu)造易于控制，漿液擴散容易控制。

（3）大青灰?guī)r含水層整體富水性弱，僅局部裂隙發(fā)育，水力連通性較差，經(jīng)過地面區(qū)域治理工程，該層可以由含水層變?yōu)楦羲畬印?/p>

（4）大青含水層為溶隙裂隙含水層，富水性弱-中等，既有利于注漿改造，注漿量又不會太大，成本較低。

（5）地面區(qū)域治理鉆孔，在注漿加固改造大青灰?guī)r期間，其隔水層底板在高達19～23 MPa壓力情況下，巷道未發(fā)現(xiàn)漏漿，證明隔水層阻隔水性能良好。

（6）井下施工的區(qū)域治理效果檢驗孔，揭露大青含水層時，發(fā)現(xiàn)了地面鉆孔注漿時壓入地層的水泥及循環(huán)液（水呈紅褐色），證明大青灰?guī)r內(nèi)漿液擴散效果好。

（7）地面定向水平鉆孔孔間距取30～60 m較為合適，水泥漿在大青灰?guī)r含水層內(nèi)擴散范圍基本與層間距設(shè)置相符。

（8）地面水平定向鉆進技術(shù)以太原組薄層灰?guī)r含水層為目的層進行地質(zhì)、水文地質(zhì)條件探查和治理具有可行性，效果良好，可在水文地質(zhì)條件與辛安礦相似的礦區(qū)進行實踐應(yīng)用。

8 結(jié) 論

（1）選取薄層灰?guī)r作為治理目的層的區(qū)域治理技術(shù)基本查明了區(qū)域內(nèi)隱伏含（導(dǎo)）水構(gòu)造，將薄層灰?guī)r注漿改造成相對隔水層，增加了煤層底板隔水層厚度及完整性，為防止煤層底板突水探索出了一條新的技術(shù)途徑。

（2）鉆探過程中探明一條隱伏斷層，并對發(fā)現(xiàn)的消除漿液漏失點進行了注漿治理，提前消除了底板出水隱患，達到了超前治理及“治本”的目的。

（3）經(jīng)過辛安礦11216采區(qū)的實踐應(yīng)用，證明該技術(shù)設(shè)計簡單、實施簡便、適用范圍廣泛、效果良好，所總結(jié)出來的各項技術(shù)參數(shù)、經(jīng)驗等，對于奧灰富水和地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜與辛安礦相似的礦井實施地面區(qū)域治理提供了很好的參考借鑒。