曹棟

（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司 羊東礦，河北 邯鄲 056200）

0 引 言

由于羊東礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》和公司下發(fā)的礦井防治水管理規(guī)定，要求“水文地質(zhì)條件復(fù)雜、極復(fù)雜且采深大于800 m 的礦井（地區(qū)） 要實(shí)施地面區(qū)域治理”，結(jié)合羊東礦生產(chǎn)銜接情況，對8472 工作面采深大于800 m 的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充地面區(qū)域治理工程，首先查明治理范圍內(nèi)大青灰?guī)r含水層的富水狀況及其水文地質(zhì)特征，并對大青灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿改造，以達(dá)到8472 工作面帶壓開采條件。

1 工程概況

羊東礦8472 工作面地面位置位于南蔣村東及其東北，地表基本為農(nóng)田，地面標(biāo)高133.2—148.1 m。工作面井下位置：上部（西部） 以8472 工作面設(shè)計(jì)范圍為界，北部以F2、F30 號斷層為界，南部以五二下山保護(hù)煤柱線為界，東部以F3-1 號斷層保護(hù)煤柱為界，工作面標(biāo)高-630—-830 m。

8472 工作面呈寬緩的褶曲構(gòu)造，厚度1.1 ～1.96 m，煤層傾角7°～27°，平均傾角17°，平均厚度1.35 m，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，無夾石，局部有結(jié)核。煤層為石炭系太原組4 號煤（野青煤）。 該工作面走向長1 303 ～1 481 m，傾向長139 ～275 m，面積368 890 m2，可采儲量40 萬t。

根據(jù)水害地面區(qū)域治理管理規(guī)定，工作面外圍區(qū)域治理最小范圍要求，8472 工作面在外圍無構(gòu)造破壞時，依據(jù)L=P/Ts 和L=0.5 km 公式計(jì)算。

工作面以最低標(biāo)高-830 m，奧灰水位+136 m，野青到奧灰層間距115 m，Ts 取0.06，K取5，M取1.3 m，KP取0.46。

綜上計(jì)算，8472 工作面外圍最小治理范圍取較大值為180 m，治理目的層位為大青灰?guī)r（圖1）。

圖1 羊東礦地層綜合柱狀圖Fig.1 The comprehensive histogram of Yangdong mine strata

圖2 8472 工作面完成工程量平面圖Fig.2 The plane of completed engineering amount in No.8472 face

2 工作面地質(zhì)特征及構(gòu)造概況

2.1 地質(zhì)特征

8472 工作面范圍內(nèi)各時代地層由老到新有石炭系中統(tǒng)和上統(tǒng)、二疊系、第三系及第四系。

此次施工及注漿目的層為太原組上統(tǒng)底部大青灰?guī)r含水層，厚度4.4 ～7.27 m，平均厚度5.5 m，巖性為灰色及深灰色灰?guī)r，巖性致密堅(jiān)硬，是煤系地層中主要含水層，在該地層中鉆進(jìn)過程中，常會發(fā)生漏失現(xiàn)象。

大青灰?guī)r頂板為灰黑色砂質(zhì)泥巖，平均厚度為8.5 m，中間含0.5 m 薄層灰?guī)r。黑色砂質(zhì)泥巖上部為灰白色中砂巖，平均厚度為7.5 m，可作為大青灰?guī)r頂板一明顯標(biāo)志層。

底板為8 號煤層，平均厚度1.25 m，不含夾石或礦物結(jié)核，結(jié)構(gòu)簡單，煤層底板為1.8 ～2 m 厚的黑色粉砂巖或頁巖。

目的層大青灰?guī)r相比較其頂?shù)装鍘r性伽馬值較小，鉆時較慢，具有明顯的可區(qū)分性。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

8472 工作面為羊東礦深部野青掘進(jìn)工作面，受褶曲構(gòu)造影響煤巖層產(chǎn)狀變化較大，其附近煤層產(chǎn)狀將出現(xiàn)一些變化并伴有小斷層發(fā)育。

2.3 水文地質(zhì)概況

該工作面主要含水層有奧陶系灰?guī)r含水層、大青灰?guī)r含水層、伏青灰?guī)r含水層、野青灰?guī)r含水層、2 號煤頂板砂巖含水層、石盒子砂巖含水層、石千峰組一段砂巖含水層、第四系卵礫石含水層。其對開采有影響的含水層如下。

（1） 野青灰?guī)r含水層及伏青灰?guī)r含水層以靜儲量為主，補(bǔ)給源不足，水量小，隨采掘延伸和揭露逐漸疏干。

（2） 大青灰?guī)r含水層以灰色及深灰色石灰?guī)r為主，平均厚度5.5 m。該含水層是煤系地層薄層灰?guī)r含水層中最厚、距奧灰含水層最近的1 個含水層，裂隙發(fā)育，富水性中等但不均一，部分有溶蝕現(xiàn)象，在構(gòu)造發(fā)育部位接受奧灰水補(bǔ)給時，富水性較強(qiáng)，目前水位標(biāo)高+10—-380 m。

（3） 奧灰含水層在該區(qū)埋深861 ～1 042 m，奧灰頂面標(biāo)高-725—-906 m，奧灰水位+136 m，該含水層屬深埋型巖溶充水礦床，裂隙發(fā)育較差，相對淺部水循環(huán)較慢，奧灰地下水靜儲量較大，該含水層與大青灰?guī)r含水層間距25 ～30 m。

3 工程施工概況

3.1 施工設(shè)備

此次施工投入的主要鉆探設(shè)備有ZJ-40 鉆機(jī)，配備3NB-1300 型泥漿泵2 臺，800 kW 電動機(jī)1套；注漿設(shè)備有ZJ-2000 型高速渦流制漿機(jī)1 臺，NBB-390/5-15 型注漿泵2 臺；TBW-850/5A 注漿泵1 臺，注漿環(huán)保工作間1 套等，見表1。

表1 投入主要施工設(shè)備表Table 1 The table of invested main construction equipment

3.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

8472 工作面注6 孔采用三開鉆孔結(jié)構(gòu)，一開表套開孔孔徑450 mm，套管口徑377 mm，隔離第四系松散層；二開開孔孔徑215.9 mm，套管口徑177.8 mm，進(jìn)入大青灰?guī)r；三開開孔孔徑152 mm，裸孔，沿大青灰?guī)r順層鉆進(jìn)（表2）。

表2 鉆孔結(jié)構(gòu)表Table 2 The drilling hole structure

3.3 鉆探完成工程量

該工程共施工完成1 個造斜段，5 個水平分支孔，平面投影圖如2、圖3 所示，總計(jì)完成鉆探工程量2 796 m，包括造斜段1 031 m，水平段1 765 m，其中最長水平段為6-補(bǔ)4 分支736 m，具體各分支工程量見表3。

表3 完成工程量表Table 3 The completed engineering amount

圖3 8472 工作面與8470 工作面已完成工程量平面關(guān)系圖Fig.3 The plane relationship diagram of completed engineering amount in No.8472 face and No.8470 face

4 分項(xiàng)工程質(zhì)量評述

4.1 鉆孔質(zhì)量評述

（1） 該工作面此次施工6-補(bǔ)3、6-補(bǔ)4、6-補(bǔ)5 分支相互間距50 m，且與上下注2 孔、注5孔分支成平行狀，6-補(bǔ)6、6- 補(bǔ)7 分支填補(bǔ)該3個分支左端空白區(qū)，成射線狀，并且保持間距不超過50 m，施工軌跡嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行，最大軌跡誤差上下小于2.5 m，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2） 水平段施工目的層為大青灰?guī)r含水層，地層主要為灰色灰?guī)r及深灰色灰?guī)r，施工過程中按照巖粉與伽馬測井嚴(yán)格控制層位，大青灰?guī)r鉆遇率均大于90%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3） 巖屑錄井均按照1/m 巖粉進(jìn)行撈取，巖粉采取率100%。

（4） 第一層套管隔離沖積層，第二層套管進(jìn)入大青灰?guī)r2 m；各級套管要求用水泥漿進(jìn)行正循環(huán)固管，并固結(jié)牢固。

（5） 所有探查治理分支鉆孔穿過含水層時均要求進(jìn)行簡易水文地質(zhì)觀測，觀測率100%。

（6） 進(jìn)入水平段大青灰?guī)r后各分支均進(jìn)行壓水試驗(yàn)，共計(jì)壓水24 次，每次壓水時長不少于4 h，計(jì)算吸水率均小于0.01 L/min·m·m。

（7） 鉆孔軌跡數(shù)據(jù)見表1。

4.2 套管固井質(zhì)量評述

第一層套管開孔孔徑450 mm，鉆進(jìn)至47 m，進(jìn)入基巖27 m 左右，起鉆通井，下入377 mm 技術(shù)套管，壁厚8.94 mm，隔離第四系松散層。采用上止水法封閉，至固井水泥返出井口，候凝72 h，固井質(zhì)量合格。

第二層套管采用215.9 mmPDC 鉆頭加螺桿定向鉆進(jìn)至1 007.42 m，進(jìn)入大青灰?guī)r垂深2 m，起鉆通井，下入φ177.8 mm 技術(shù)套管，套管型號N80,壁厚8.05 mm。固井水泥返至套管底角上150 m，候凝72 h 后掃至套管底角下0.5 m 做壓水試驗(yàn)，憋壓至10 MPa，維持壓力30 min，觀察壓力降為0.15 MPa，固井質(zhì)量合格。

4.3 錄井質(zhì)量評述

工程施工采用的測斜儀器為WMD 型無線隨鉆測斜儀，該儀器含有隨鉆伽馬，能實(shí)時分辨地層，綜合井口返出巖粉對地層巖性進(jìn)行判別，確定地層巖性。

在鉆進(jìn)過程中鉆遇地層為：第四系沖積層、上石盒子、下石盒子、山西組、太原組?，F(xiàn)分述如下。

造斜段鉆遇地層：

（1） 沖擊層：由黃土、粘土、砂土、砂礫巖及半膠結(jié)狀砂巖及礫巖組成。地層松散，易坍塌掉塊，泥漿漏失量一般在1.5 ～5 m3/h，未見構(gòu)造發(fā)育。

（2） 上下石盒子組：巖性主要有砂巖和砂質(zhì)泥巖組成，含部分礫巖，地層較穩(wěn)定，泥漿漏失量一般在0.5 ～5 m3/h，未見構(gòu)造發(fā)育。

（3） 山西組：巖性主要以粉砂巖、中粒砂巖、細(xì)粒砂巖、2 號煤層、石灰?guī)r組成，地層穩(wěn)定，泥漿漏失量一般在0.7 ～1.3 m3/h，未見構(gòu)造發(fā)育。

（4） 太原組：鉆遇巖性主要以粉砂巖、4、6、7 煤、山青、伏青等灰?guī)r、中粒砂巖、細(xì)粒砂巖、粗砂巖組成，地層穩(wěn)定，在鉆進(jìn)過程中探查在4 煤與6 煤之間存在斷層，且未發(fā)生漏失。

水平段目的層。

大青灰?guī)r含水層，穩(wěn)定，厚度為5.5 m 左右，頂板為灰黑色砂質(zhì)泥巖，底板為8 號煤層，泥漿漏失量一般在0.2 ～2.91 m3/h，在鉆進(jìn)過程中未見構(gòu)造發(fā)育。

4.4 測井質(zhì)量評述

各分支實(shí)鉆軌嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)軌跡、方位施工，造斜段與水平段實(shí)際施工軌跡與設(shè)計(jì)軌跡最大誤差上下小于2.5 m，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在地質(zhì)錄井過程中，通過隨鉆伽馬測井與實(shí)際巖粉相結(jié)合，相互驗(yàn)證，確保準(zhǔn)確判定巖性及地層，不同巖石所含的放射性物質(zhì)的種類和數(shù)量不同，反應(yīng)出不同伽馬值范圍，其單位為計(jì)數(shù)率或標(biāo)準(zhǔn)單位API，測井值越大，說明巖層的放射性越強(qiáng)。

此次施工鉆遇巖性主要為砂巖、泥巖、煤層、灰?guī)r等，其中目的層大青灰?guī)r伽馬值較小，相比其頂板及底板地層伽馬值均較小，具有明顯的可區(qū)分性（表4）。

表4 目的層及上下巖層伽馬測井值范圍Table 4 The gamma logging value range of target layer and upper and lower strata

4.5 壓水試驗(yàn)質(zhì)量評述

8472 工作面注6 孔在水平段鉆進(jìn)過程按照設(shè)計(jì)要求不超過80 m 時進(jìn)行一次壓水試驗(yàn)，共計(jì)壓水試驗(yàn)24 次，其中6-補(bǔ)3 分支水平段長303 m，壓水4 次；6-補(bǔ)4 分支水平段長736 m，壓水10次；6- 補(bǔ)5 分支水平段長443 m，壓水6 次；6-補(bǔ)6 分支水平段長147 m，壓水2 次；6-補(bǔ)7 分支水平段長136 m，壓水2 次，每次壓水時長均不小于4 h，且計(jì)算吸水率均小于0.01 L/min·m·m，說明該工作面探查區(qū)域內(nèi)大青灰?guī)r含水層裂隙不發(fā)育。

5 治理成果

5.1 目的層地層及構(gòu)造

8472 工作面注6 孔分支收集的地層及構(gòu)造資料如下。

（1） 大青灰?guī)r顏色越靠底板顏色逐漸加深。

大青灰?guī)r厚度約5.5 m，灰?guī)r巖性從上往下變化為，0 ～2 m 為灰色灰?guī)r，2 ～5.2 m 段顏色由灰逐漸變成深灰色，泥質(zhì)及炭質(zhì)含量向下逐漸增加，從5.2 ～5.5 m 段巖性逐漸接近煤層偽頂。一般純灰?guī)r段伽馬值小于40 API，接近底板時伽馬值為40～60 API。

大青灰?guī)r上部為灰黑色砂巖，伽馬值為100 ～150 API；大青灰?guī)r底板為8 號煤層，伽馬值為80～100 API，頂?shù)装迮c大青灰?guī)r相比較鉆時明顯加快，具有可區(qū)分性。

（2） 造斜段鉆遇斷層。

6- 補(bǔ)4 分支在施工造斜段時892 m 見4 煤，垂深797.75 m；鉆進(jìn)至909 m 處見6 煤，垂深809.6 m；鉆進(jìn)至998 m 處見大青灰?guī)r頂板，垂深860 m，4 煤距離6 煤垂深間距11.85 m，間距變小，其他標(biāo)志層間距均正常，因此推斷造斜段4 煤與6 煤之間存在斷層，且斷距為12 m 左右。

此次施工5 個水平分支在鉆遇大青灰?guī)r時巖粉及地層順序正常，未見斷層等構(gòu)造發(fā)育。

5.2 目的層水文地質(zhì)特性

根據(jù)《羊東井田精查勘探地質(zhì)報告》的水文資料和相臨工作面及巷道實(shí)際揭露的水文資料，該工作面主要含水層有奧陶系灰?guī)r含水層、大青灰?guī)r含水層、伏青灰?guī)r含水層、野青灰?guī)r含水層、2 號煤頂板砂巖含水層、石盒子砂巖含水層、石千峰組一段砂巖含水層、第四系卵礫石含水層。

此次所施工的造斜段來看，在鉆進(jìn)至第四系卵礫石含水層、石千峰組一段砂巖含水層、石盒子砂巖含水層、大煤頂板砂巖含水層、野青灰?guī)r含水層、伏青灰?guī)r含水層時均未發(fā)生漏失現(xiàn)象，在造斜段鉆遇斷層時也未發(fā)生漏失。

水平段在大青灰?guī)r鉆進(jìn)過程中未發(fā)生漏失現(xiàn)象，鉆井液消耗量較小，最大消耗量2.91 m3/h，在鉆進(jìn)不超過80 m 時進(jìn)行一次壓水試驗(yàn)，共壓水24次，壓水過程中均產(chǎn)生一定泵壓，計(jì)算吸水率為0.002 4 ～0.009 6 L/min·m·m，小于0.01 L/min·m·m，壓水后測量水位在-300 m 左右，水位較深。說明該工作面鉆遇大青灰含水層裂隙不發(fā)育，且靜水儲量較小。

5.3 鉆孔探查成果

羊東礦8472 工作面區(qū)域治理工程注6 孔原設(shè)計(jì)鉆探工程量3 680 m，實(shí)際共施工完成1 個造斜段，5 個水平分支孔。該工作面施工的6-補(bǔ)3 分支、6-補(bǔ)4 分支、6-補(bǔ)5 分支間距注2 孔與注5孔分支間距50 m，與其已施工分支成平行條帶狀，6-補(bǔ)6、6-補(bǔ)7 分支位于這3 個分支左端空白區(qū)域，成放射狀，間距不超過50 m，在施工過程中5個分支均未發(fā)生漏失，經(jīng)過多次壓水試驗(yàn)驗(yàn)證，吸水率均小于0.01 L/min·m·m，且水平段鉆進(jìn)過程中未發(fā)現(xiàn)斷層或其他能夠形成導(dǎo)水通道構(gòu)造，由此綜合說明，此次治理工作面大青灰?guī)r含水層靜水儲量較小，構(gòu)造簡單，裂隙不發(fā)育，且與奧灰含水層未聯(lián)通，達(dá)到區(qū)域探查治理目的，使該工作面內(nèi)4 號煤層（野青煤） 及以上煤層開采不受下伏大青及奧灰灰?guī)r含水層承壓水的威脅。

綜上所述，8472 工作面鉆探區(qū)域，構(gòu)造發(fā)育簡單，大青灰含水層水文地質(zhì)條件簡單。

6 結(jié) 語

通過對羊東礦8472 工作面區(qū)域治理的全過程進(jìn)行論述和分析總結(jié)，可以看到在工程設(shè)計(jì)中孔位選擇和水平分支孔、分支孔間距的設(shè)計(jì)是鉆探工程總量的關(guān)鍵。而對各分支鉆孔方位、傾角、孔深、探測層位、入窗及靶點(diǎn)等的技術(shù)要求是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。分支鉆孔施工過程層位控制技術(shù)是依靠巖粉巖性和伽馬值大小確認(rèn)。水平段鉆進(jìn)過程中進(jìn)行壓水試驗(yàn)，并根據(jù)壓水流量和產(chǎn)生的泵壓，計(jì)算透水率大小是判斷含水層裂隙是否發(fā)育的重要依據(jù)，以上這些均可在類似條件下受底板強(qiáng)含水層水威脅煤層的區(qū)域治理工程設(shè)計(jì)、施工及技術(shù)質(zhì)量評判進(jìn)行推廣應(yīng)用。