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        采用鉆探探測斷層發(fā)育情況及導(dǎo)水性技術(shù)研究與應(yīng)用

        2021-10-14 06:43:10
        山東煤炭科技 2021年9期
        關(guān)鍵詞:終孔封孔共用

        李 筍

        (河南能源化工集團永煤公司陳四樓煤礦,河南 永城 476600)

        1 工作面概況

        北翼-640東翼運輸巷位于陳四樓煤礦六采區(qū),該巷道北為F18正斷層及其防隔水煤柱,南為2601工作面,西與北翼-640集中皮帶下山連接,東為DF18-1正斷層。工作面地面標(biāo)高+35.49 m。該巷道已掘進完畢,巷道掘進層位位于二2煤層頂板砂質(zhì)層位、細粒砂巖層位施工。根據(jù)探測結(jié)果分析,巷道停掘位置巷道底板距二2煤層法向距離25.8 m。

        2 探測區(qū)域地質(zhì)概況

        DF18-1正斷層為六采區(qū)與十八采區(qū)的分界斷層,根據(jù)三維地震勘探資料,DF18-1正斷層傾向90°、傾角70°,斷層最大落差45 m,探測區(qū)域預(yù)計斷層落差40 m。該斷層落差較大,對六采區(qū)及十八采區(qū)采掘活動均有一定影響。

        該區(qū)域直接充水水源為頂?shù)装迳皫r裂隙水,砂巖裂隙水以靜儲量為主,富水性弱。根據(jù)六采區(qū)已掘巷道情況,巷道掘進期間局部頂板裂隙發(fā)育處巷道淋水較大,經(jīng)一段時間疏放后淋水逐漸變小。工作面間接充水水源為太原組上段灰?guī)r裂隙承壓水。太原組上段灰?guī)r含水層滲透系數(shù)為0.39~1.67 m/d,水質(zhì)類型為SO4-Na型,礦化度為2.128~2.404 g/L。二2煤下距太原組上段L11灰?guī)r48.65 m、L10灰?guī)r58.2 m、L9灰?guī)r68.9 m、L8灰?guī)r76.3 m。L11灰?guī)r平均厚2.29 m,L10灰?guī)r平均厚4.25 m,L9灰?guī)r平均厚4.3 m,L8灰?guī)r平均厚12.6 m。根據(jù)臨近水文觀測孔觀測資料及六采區(qū)災(zāi)害治理措施巷內(nèi)底板注漿改造鉆孔實際揭露資料,本區(qū)太原組上段灰?guī)r含水層水位標(biāo)高-50.4 m,二2煤層底板標(biāo)高-535~-625 m,六采區(qū)二2煤層底板隔水層承受的水壓為5.75~6.65 MPa。

        3 設(shè)計目的

        根據(jù)三維地震勘探資料,巷道前方發(fā)育落差約40 m的DF18-1正斷層。為指導(dǎo)六采區(qū)工作面布置及下一步十八采區(qū)開拓巷道掘進,需在北翼-640東翼軌道巷停掘位置(設(shè)計鉆場中心6DG9點前7.3 m)設(shè)立探測鉆場對DF18-1正斷層發(fā)育情況及導(dǎo)水性進行探測,確保該區(qū)域巷道正常掘進。

        4 鉆探設(shè)計

        4.1 施工位置

        本次探測設(shè)計鉆場中心位于北翼-640東翼運輸巷6DG9點前7.3 m,該鉆場底板標(biāo)高約為-610.1 m。

        4.2 設(shè)計原則

        本次探測共設(shè)計6個鉆孔,根據(jù)該區(qū)域太原組上段灰?guī)r含水層水位標(biāo)高,探測區(qū)鉆場水頭壓力為5.6 MPa。根據(jù)DF18-1正斷層下盤留設(shè)防隔水煤柱寬度44 m位置確定斷層下盤防隔水煤柱邊界為探水線位置(6DG9點前20.4 m),探水線外推30 m為警戒線位置(6DG9后退13.7 m),設(shè)計鉆孔超前距不低于30 m,幫距控制不低于30 m,套管設(shè)計深度22 m,鉆孔設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)滿足《煤礦防治水細則》要求。

        按照設(shè)計施工探測DF18-1正斷層位置及落差的鉆孔,根據(jù)探測情況再優(yōu)化鉆孔設(shè)計,根據(jù)鉆孔出水情況判斷是否存在導(dǎo)水通道,補加設(shè)計加固斷層鉆孔。

        4.3 鉆孔結(jié)構(gòu)

        設(shè)計鉆孔開孔深度超過下入套管深度2 m后,下入二級套管(Φ127 mm/Φ108 mm),套管長度嚴(yán)格按照設(shè)計要求下入,并固結(jié)套管,套管試壓(試壓壓力不低于12 MPa)合格后,方可鉆進,鉆孔終孔直徑為89 mm。

        4.4 鉆孔施工順序及設(shè)計參數(shù)

        按照鉆孔設(shè)計施工順序依次進行施工,鉆孔設(shè)計參數(shù)如圖1。

        圖1 北翼-640東翼運輸巷鉆孔設(shè)計圖

        5 探測鉆孔施工情況

        T1孔按設(shè)計開孔施工后,下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深100 m,全巖,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.75 t,注漿終壓12 MPa。根據(jù)探測情況,DF18-1正斷層與預(yù)計斷層發(fā)育情況有一定偏差。按設(shè)計施工T2孔,下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深136 m,60~60.5 m半煤巖,128~134 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.95 t,注漿終壓12 MPa。根據(jù)探測煤層情況,補加施工T2-1孔開孔施工,下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深為105 m,94~100 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.9 t,注漿終壓12 MPa。根據(jù)探測煤層情況,補加施工T2-2孔開孔施工,下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深39 m,33~37.5 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.5 t,注漿終壓12 MPa。斷層上、下盤二2煤層已基本掌握,為進一步確定斷層面位置補加T2-3孔開孔施工,下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.1 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深51 m,38~46 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.5 t,注漿終壓12 MPa。根據(jù)該孔見煤巖情況巷道前方斷層位置已基本掌握。根據(jù)以上鉆孔探測情況,變更T3孔設(shè)計開孔施工,下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.2 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深45 m,32~37 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.5 t,注漿終壓12 MPa。按設(shè)計施工T4孔,下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深113 m,93~99 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥1.0 t,注漿終壓12 MPa。為掌握斷層情況補加T3-1孔,開孔施工下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.1 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深46 m,36~39 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.4 t,注漿終壓12 MPa。根據(jù)探測掌握斷層情況,變更T5孔設(shè)計開孔施工,下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深102 m,全巖,在施工至46 m位置塌孔,預(yù)計鉆孔碰到DF18-1正斷層斷層帶,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.7 t,注漿終壓12 MPa。補加T5-1孔,開孔施工下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深60 m,46~55 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.65 t,注漿終壓12 MPa。根據(jù)探測斷層發(fā)育情況,為進一步控制右側(cè)區(qū)域,指導(dǎo)下一步巷道布置,補加T5-2孔,開孔施工下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深140 m,55.5~61 m煤,131~134 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥1.05 t,注漿終壓12 MPa。根據(jù)以上探測鉆孔探測斷層情況,為控制外側(cè)范圍,變更T6孔設(shè)計開孔施工,下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深83 m,全巖,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.75 t,注漿終壓12 MPa。為進一步控制斷層在左側(cè)的延展方向,補加T6-1孔,按設(shè)計施工下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m,加固套管共用水泥0.15 t,透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進,施工孔深52 m,44~49 m煤,無出水現(xiàn)象,終孔,封孔注漿共用水泥0.6 t,注漿終壓12 MPa。

        根據(jù)以上鉆孔施工情況,探測區(qū)域DF18-1正斷層發(fā)育情況已掌握清楚,所施工鉆孔均未出現(xiàn)出水現(xiàn)象,鉆孔注漿封孔質(zhì)量合格,本次探測已達到了設(shè)計目的。探測鉆孔的施工情況如圖2。

        圖2 北翼-640東翼運輸巷鉆孔實鉆平面圖

        圖3 北翼-640東翼運輸巷鉆孔實鉆剖面圖

        6 施工效果評價

        根據(jù)本次探測所施工的鉆孔見煤巖情況及揭露水文地質(zhì)情況分析,結(jié)合探測斷層主要見煤孔測斜資料,探測區(qū)域DF18-1正斷層發(fā)育落差約31 m,斷層附近煤巖層受斷層牽引影響較大,斷層走向與三維地震勘探資料基本吻合,斷層發(fā)育位置與三維地震勘探出入較大,斷層發(fā)育位置向六采區(qū)方向偏移23~25 m。探測鉆孔施工期間均未出現(xiàn)出水等異常情況,所施工鉆孔封孔注漿量較小,可注性差,說明該區(qū)域不存在受斷層影響連通含水層的導(dǎo)水通道發(fā)育,該斷層在探測區(qū)域不具有導(dǎo)水性。結(jié)合該區(qū)域巷道施工計劃,探測施工成果能夠保證探測區(qū)域開拓巷道過斷層期間的安全掘進。

        7 結(jié)語

        (1)通過鉆探的方法,準(zhǔn)確地探測出DF18-1正斷層的發(fā)育情況,同時探測出該區(qū)域斷層不導(dǎo)水,為下一步礦井采掘生產(chǎn)提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

        (2)該方案施工組織簡單,工程量較少,能準(zhǔn)確地探測出大型地質(zhì)構(gòu)造,具有很高的價值。

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