薛一生

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 地煤鑫泰建井公司，山西 大同 037003）

1 概 況

青磁窯煤礦位于大同市以西，井田面積204 km2，主采3號(hào)煤層，局部可采煤層為2號(hào)煤層；采用綜采放頂煤采煤技術(shù)。該井田1301至1307工作面已回采完，1308工作面現(xiàn)正回采。該礦頂板離層水一般采取“防、排、疏”措施[1]，具體為：防是結(jié)合應(yīng)用鉆探、物探探測(cè)手段，探測(cè)工作面水文及頂板覆巖情況[2]；疏是指及時(shí)疏放鄰近面采空區(qū)積水，利用泄水鉆孔主動(dòng)對(duì)離層水防治，利用頂板探查孔對(duì)頂板水防治等；排是指加強(qiáng)排水系統(tǒng)[3]，確保不會(huì)對(duì)回采工作面產(chǎn)生影響。

2 鉆探探查

青磁窯煤礦對(duì)工作面水文地質(zhì)、含斷層、導(dǎo)水性進(jìn)行鉆孔探查，并依據(jù)鉆孔驗(yàn)證異常區(qū)是否為富水區(qū)及預(yù)疏放是否存在局部異常富水體[4]。

鉆孔布置：主要靶區(qū)設(shè)為物探異常區(qū)，同時(shí)，涵蓋斷層含導(dǎo)水性和覆巖富水性。

鉆孔結(jié)構(gòu)：孔段0～20 m，孔徑133 mm，下入套管孔徑108 mm無(wú)縫管；20 m～終孔，孔徑75 mm。

終孔層位：依據(jù)垂向分布物探異常區(qū)，以進(jìn)入30 m為富水異常區(qū)終孔。鉆孔如圖1所示。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)示意Fig.1 The structure of drilling hole

施工工序：一開孔徑133 mm深入到20 m，下入108 mm無(wú)縫套管；二開孔徑75 mm深入到終孔孔深。

3 防治離層水技術(shù)

3.1 地面泄水鉆孔原理

青磁窯煤礦應(yīng)用地面泄水鉆孔防治離層技術(shù)，提前在可能產(chǎn)生離層水區(qū)域進(jìn)行地面泄水鉆孔施工，同時(shí)，及時(shí)監(jiān)測(cè)工作面水位情況，早先預(yù)警井下出水現(xiàn)象[5]。若出現(xiàn)觀測(cè)不到水位情況，必須對(duì)采空區(qū)和鉆孔及時(shí)、反復(fù)透孔并確保其相連通，實(shí)現(xiàn)離層區(qū)域破壞的密閉性，提前完成預(yù)疏放離層積水[6]。圖2為防治離層水原理。

圖2 防治離層水原理示意Fig.2 Principle of separation layer water prevention and control

3.2 地面泄水鉆孔技術(shù)

青磁窯煤礦泄水鉆孔布置，一是在工作面初次、二次見方位置、斷層和斷層帶附近；二是在煤層底板標(biāo)高較低處，即在距較低順槽90 m。此外，在煤層頂板以上50 m布置終孔。

對(duì)于地面泄水鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開孔至進(jìn)入基層10 m，孔徑311 mm，此時(shí)下入無(wú)縫鋼管套管孔徑為244 mm；進(jìn)入K1l底界以下10 m，孔徑215.9 mm，此時(shí)下入無(wú)縫鋼管套管孔徑為177.8 mm；至終孔，孔徑153 mm。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 鉆孔結(jié)構(gòu)示意Fig.3 The structure of drilling hole

地面泄水鉆孔施工工藝一開將孔徑311 mm鉆入到完好巖層段內(nèi)超出10 m，下入止水套管244 mm；二開將孔徑215.9 mm下入到洛河組底界10 m以下，再下入套管177.8 mm；三開孔徑153 mm鉆入到煤層頂板50 m以上。此外，一開、二開封閉止水均使用水泥漿，并注水進(jìn)行檢查。鉆孔完成后，需持續(xù)對(duì)鉆孔內(nèi)的地下水位情況監(jiān)測(cè)，并使用全孔水泥漿對(duì)鉆孔進(jìn)行封孔。

回采工作面時(shí)，必須及時(shí)對(duì)工作面涌水、孔內(nèi)地下水位進(jìn)行分析判斷，用以確定最佳透孔時(shí)間。通過(guò)反復(fù)、及時(shí)對(duì)泄水鉆孔透孔，可保證采空區(qū)下方和鉆孔的連通性[7]，因此，應(yīng)用防治離層水技術(shù)的重點(diǎn)就是要保證采空區(qū)工作面和鉆孔的相互連通。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為驗(yàn)證采用地面泄水鉆孔防治離層水的治理效果，分別在青磁窯煤礦1307、1302工作面進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。

4.1 1307工作面

1307工作面自2020年7月15日—2021年5月19日回采完成，共308 d，回采長(zhǎng)度1 227 m，在該工作面布置LL1號(hào)、LL2號(hào)2個(gè)鉆孔，如圖4所示。

圖4中，LL1標(biāo)高+1 217.5 m，XY坐標(biāo)36 463 286.31、3 858 087.10，孔深設(shè)計(jì)482 m；LL2標(biāo)高+1 314.17 m，XY坐標(biāo)36 462 825.70、3 858 103.10，孔深設(shè)計(jì)578 m，設(shè)計(jì)孔深共1 060 m。

圖4 1 307工作面布置泄水孔示意Fig.4 Drainage hole layout of No.1307 face

LL1、LL2鉆孔均為采前施工，其中LL1孔從開始施工到結(jié)束時(shí)間為2020年8月20日—12月21日，鉆探進(jìn)尺503 m、地球物理實(shí)測(cè)探測(cè)500 m、1次井下鉆孔電視窺探；LL2孔從開始施工到結(jié)束時(shí)間為2020年9月5日—11月21日，鉆探進(jìn)尺550.1 m、地球物理實(shí)測(cè)探測(cè)546 m、2次井下鉆孔電視窺探。上述兩孔都進(jìn)行透孔泄水及鉆液漏 失量觀測(cè)。（1）LL1鉆孔事故及處理。

2020年9月8日、10日、12日，依次對(duì)LL1鉆孔51.77～503.00 m段常規(guī)測(cè)井、對(duì)51.77～503.00 m段超聲成像測(cè)井、對(duì)236.00～503.00 m段封孔作業(yè)；9月29日—10月4日進(jìn)行流量測(cè)井及抽水試驗(yàn)；25日向工作面推采沿切眼方向產(chǎn)生裂縫，其最寬為1 m，并產(chǎn)生地基沉降，沉降最大量34 cm；11月1日，因堵塞鉆孔深68.75 m已停止監(jiān)測(cè)水位；11月2日，采用井下電視窺視鉆孔，69.75 m位置處鉆孔塌孔；21日，透孔并封閉全孔；23—24日，孔內(nèi)不斷存在吸氣、吹氣情況。

（2）LL2鉆孔事故及處理。

LL2鉆孔終孔深度548.6 m，該孔位預(yù)計(jì)埋深555 m。為了保證安全，對(duì)514.2～550.1 m孔段進(jìn)行水泥漿封閉。

從2020年10月7日—11日，對(duì)鉆孔LL2進(jìn)行流量測(cè)井、抽水試驗(yàn)，11月4日、5日依次對(duì)105.0～550.1 m段常規(guī)測(cè)井、對(duì)514.2～550.1 m段封孔作業(yè)；從12月3日開始監(jiān)測(cè)鉆孔水位和水位異?，F(xiàn)象；1月5日井下窺視鉆孔，當(dāng)井下水面下到300 m時(shí)，已不能看清孔壁，主要是因?yàn)樗容^渾濁；1月6日進(jìn)行鉆孔透孔，在140 m處遇到阻礙，主要是因?yàn)樘坠茏冃尾荒芡缚字量椎锥^續(xù)對(duì)水位進(jìn)行觀測(cè)；1月19日不能下入測(cè)繩，通過(guò)井下窺視發(fā)現(xiàn)主要是因?yàn)樵?37.36 m位置處的套管被擠壓變形，造成完全堵塞鉆孔，不能繼續(xù)觀測(cè)孔內(nèi)水位。

（3）離層水防治效果。

通過(guò)對(duì)距離較近的G3鉆孔監(jiān)測(cè)其水位呈現(xiàn)波狀變化規(guī)律，可推斷，青磁窯煤礦1307工作面頂板覆巖產(chǎn)生離層積水情況，但是直到最后該工作面也沒(méi)有出現(xiàn)較為顯著的離層涌水，表明該技術(shù)可發(fā)揮一定防治離層水效果。

4.2 1302工作面

1302工作面自2020年5月5日—2021年4月28日回采完成，共358 d，回采長(zhǎng)度1 285 m。ZT1、ZT2泄水孔示意圖如圖5所示。

圖5 1 302工作面布置泄水孔示意Fig.5 Drainage hole layout of No.1302 face

圖5中，ZT1標(biāo)高+1 374 m，XY坐標(biāo)36 460 445.373、3 858 742.172，孔深設(shè)計(jì)598 m；ZT2標(biāo)高+1 383 m，XY坐標(biāo)36 460 993.646、3 858 741.533，孔深設(shè)計(jì)588 m，設(shè)計(jì)孔深共1 186 m。

ZT1、ZT2鉆孔均為采前施工。其中ZT1孔開始施工到結(jié)束時(shí)間為2020年7月22日—11月3日，鉆探進(jìn)尺586.65 m、地球物理實(shí)測(cè)探測(cè)345 m、1次井下鉆孔電視窺探；ZT2孔開始施工到結(jié)束時(shí)間為2020年7月29日—2021年2月15日，鉆探進(jìn)尺590.02 m、地球物理實(shí)測(cè)探測(cè)587 m、1層次含水層抽水試驗(yàn)、1次井下鉆孔電視窺探。此外，對(duì)ZT2鉆孔結(jié)束后持續(xù)監(jiān)測(cè)其水位變化情況，如圖6所示。

圖6中，孔內(nèi)水位不斷下降，在1月3日時(shí)，沒(méi)有觀測(cè)到水位，但是井口有吸氣現(xiàn)象；4日回采工作面經(jīng)過(guò)鉆孔ZT2。

自2020年9月5日，ZT1孔內(nèi)有吸風(fēng)，到11月7日，仍繼續(xù)存在吸風(fēng)現(xiàn)象；2021年1月5日，ZT1孔內(nèi)有吸氣現(xiàn)象，聲音很大；2月2日后聲音微弱，到7日后已完全消失。

從2020年9月5日—11月7日，長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月，ZT1孔口持續(xù)存在吸風(fēng)；從2021年1月5日—2月7日，長(zhǎng)達(dá)1月，孔內(nèi)也存在吸風(fēng)?？變?nèi)存在吸風(fēng)，說(shuō)明采空區(qū)下方區(qū)間和鉆孔處于相連通狀態(tài)，并且從2020年11月7日到2021年1月5日工作面推采過(guò)鉆孔已2月，還在不斷進(jìn)行泄水，有效將回采期和采后產(chǎn)生的離層積水疏放，達(dá)到離層防治水效果。

5 結(jié) 論

針對(duì)青磁窯煤礦受采動(dòng)影響，產(chǎn)生離層積水現(xiàn)象，造成離層水害，進(jìn)而影響工作面的安全開采，提出應(yīng)用地面泄水鉆孔防治離層技術(shù)。

（1）提前在可能產(chǎn)生離層水區(qū)域進(jìn)行地面泄水鉆孔施工，同時(shí)，及時(shí)監(jiān)測(cè)工作面水位情況，早先預(yù)警井下出水現(xiàn)象。若出現(xiàn)觀測(cè)不到水位情況，必須對(duì)采空區(qū)和鉆孔及時(shí)、反復(fù)透孔并確保其相連通，達(dá)到提前預(yù)疏放離層空間積水目的。

（2）將地面泄水鉆孔防治離層水技術(shù)應(yīng)用于青磁窯煤礦后，回采1307、1302工作面均未產(chǎn)生顯著的離層積水，表明采用該技術(shù)能夠發(fā)揮一定的防治效果，保證工作面的安全生產(chǎn)。