礦井地面區(qū)域治理注漿改造底板含水層防治水技術(shù)探討

陳龍

冀中能源股份有限公司東龐礦 河北邢臺 054000

1 地質(zhì)的實際情況

1.1 地層條件

該礦某工作面的主采煤層是二疊系山西組的二1 煤層，煤層的厚度達(dá)到了5.5-6.2m，平均厚度為5.8m，煤層傾角為3°到10°，其屬于全區(qū)能夠開采的近水平穩(wěn)定型的厚煤層，煤層其埋深達(dá)到了525 到590m，上覆巨厚層的沖積層，其屬于第四系和新近系全掩蓋層，其巖性屬于黃土和砂質(zhì)黏土以及礫石層，厚度達(dá)到了460 到530m，同時煤層頂板基巖相對比較薄弱，巖性則屬于砂巖和砂質(zhì)泥巖之間的互層，厚度是60 到65m，二1 煤層是一種比較典型的巨厚沖積層的一種薄基巖煤層[1]。

1.2 水文地質(zhì)條件

二1 煤層底板其中含水層屬于太原組上段的一種灰?guī)r含水層，距二1 煤層底板之間的距離需要保持在25.00-28.7m，其中L8 灰?guī)r的發(fā)育相對比較好，含水層子孫的厚度平均達(dá)到了8.75m，巖溶裂隙發(fā)育的較為良好，滲透的系數(shù)達(dá)到了9.82 到10.94m/d；間接的含水層其實太原組下段的灰?guī)r含水層和中奧陶統(tǒng)灰?guī)r巖溶裂隙的一個含水層，上距二1 煤層底板距離分別是89.27-104.36m 和118.26-142.58m，其中L2 灰?guī)r的發(fā)育相對比較好，通常厚度保持15m，其屬于富水性想比較強(qiáng)的一種含水層。02 以及L2 灰?guī)r含水層經(jīng)常和L8 灰?guī)r含水層形成一定的水力聯(lián)系，這樣的一種情況會為采掘工程產(chǎn)生比較嚴(yán)重的一種水害威脅。

2 地面定向水平孔煤層底板采取注漿治理的相關(guān)方案

2.1 總體方案

因為工作面水文地質(zhì)條件比較的復(fù)雜，并且使用了地面定向水平孔煤層底板的一種比較先進(jìn)的注漿技術(shù)，通過這樣的技術(shù)能夠預(yù)防并且對L8 石灰?guī)r含水層其長距離大水比定向鉆探提供保障。通過鉆孔以及灌漿去完成注漿的加固，填充底板石灰?guī)r含水層其巖溶裂隙以及導(dǎo)水裂隙，同時能夠讓含水層的水豐富度得到削弱同時將供水通道給予切斷，這樣的一種方式能夠讓注入的含水層最終變成一種水屏障這樣的一種情況下能夠讓2 號煤層底板厚度內(nèi)的抗水壓能力得到提升，同時還能夠減少地下開采過程中潛在的水危害[2]。

2.2 地面水平孔設(shè)計

（1）鉆孔的有效布置。地面定向水平孔煤層底板目前選擇的較為先進(jìn)的一種注漿預(yù)防和治理技術(shù)，其主要是把鉆機(jī)布置在地面上比較適合的位置，并且使用構(gòu)造直孔段以及傾斜段的方式讓鉆孔保持水平方向，并且還能夠沿著巷道鉆去完成煤層底層，并且充分的使用地面定向鉆井技術(shù)所具備的優(yōu)勢，可以參照以往的井眼地面去積累預(yù)注漿經(jīng)驗，并且按照有關(guān)的技術(shù)，使用一個主孔去完成對多個水平分支井的構(gòu)造。挑選在18031 北部去完成主孔的布置，也就是注2 主孔需要對于18031 工作面北部給予治理，按照漿液的擴(kuò)散距離，水平分支之間的距離為45m 左右，因此，注2 主孔完成6 個水平分支孔的施工，對整體開采面積給予有效的探查與治理。

（2）鉆孔的結(jié)構(gòu)設(shè)置。結(jié)合以往類似工程的建設(shè)經(jīng)驗，同時處于對趙固一礦地層條件以及定向水平孔注漿提出的要求考量，地面定向水平孔一般都是使用一種三開的結(jié)構(gòu)方式。兩層套管，也就是一個開口部分以及兩個開口的部分。也就是這兩個孔段全部都需要下套管。并且選擇一個套管去把鉆孔以及表土層進(jìn)行有效的隔離，以確保下部鉆孔順暢；第二套管鉆至石灰?guī)r層的上部，將井眼與煤層等隔離開來。確保石灰?guī)r段的注漿效果；這三個開口是裸眼部分（灌漿部分），沿著治理灰?guī)r層去完成鉆進(jìn)。

①在直徑不小于10m 的基巖中鉆入一個直徑為Ф350mm 的裸眼部分，一個Ф244.5×8.94mm 的套管，并用一種液態(tài)水泥漿固定管道。

② 兩 個 開 口 部 分， 直 徑 為 Ф215.9mm， 一 個Ф177.8×8.05mm 的套管，一直向下到L8 石灰?guī)r層位的上部，同時使用單液水泥漿去對套管下部分孔段采取固管的操作。

③沿L8 石灰?guī)r層鉆的直徑為Ф152.4mm 的三孔斷面，是一個裸孔斷面。

鉆孔結(jié)構(gòu)采用三切口形式，具有安全鉆孔的優(yōu)點，但由于表土層較深，因此需要將開口部分傾斜，并放入大口徑的套管中，使施工成為可能。并且還需要一開孔段以及二開孔段的套管的段長保持重合，所以進(jìn)行施工的時間相對比較就并且涉及到的施工成本也較高。

3 現(xiàn)場施工的具體情況

工作面注2 鉆孔則選擇這樣的一種工藝完成施工，成功克服了深沖積層和薄基巖煤層補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)中地面水平孔施工的難題，通過這一方式完成深厚層沖積層產(chǎn)生的大頂角造斜成孔。深沖積層的大厚角，降低大直徑套管和堅固的管道工程；三開水平孔段的流掛率打破了在巖層的地面L 形水平孔中鉆探流掛率的常規(guī)做法，締造一種水垂比2.39 的記錄；三開水平井段井眼軌跡產(chǎn)生的偏差需要被抑制在3m 的誤差范圍中，這樣的一種情況也展現(xiàn)出了石灰?guī)r層段以及斷層的存在[3]。

4 結(jié)語

地面上的定向水平孔也為當(dāng)前煤層的勘探以及有效的處置提供了很多可能，并且還避免了地下勘探以及處置過程中產(chǎn)生的不安全因素，能夠讓施工朝著更為安全性與可靠的方向發(fā)展。從經(jīng)濟(jì)角度看，其影響也很大。盡管已經(jīng)應(yīng)用了比地面大水流的定向水平孔技術(shù)，但在未來的工作中，我們?nèi)匀恍枰M(jìn)一步探索。