采用鉆探探測斷層發(fā)育情況及導水性技術(shù)研究與應用

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含水層水位標高-50.4 m，二2煤層底板標高-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（設計鉆場中心6DG9點前7.3 m）設立探測鉆場對DF18-1正斷層發(fā)育情況及導水性進行探測，確保該區(qū)域巷道正常掘進。

4 鉆探設計

4.1 施工位置

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

4.2 設計原則

本次探測共設計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），設計鉆孔超前距不低于30 m，幫距控制不低于30 m，套管設計深度22 m，鉆孔設計標準滿足《煤礦防治水細則》要求。

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

4.3 鉆孔結(jié)構(gòu)

設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），套管長度嚴格按照設計要求下入，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 鉆孔施工順序及設計參數(shù)

按照鉆孔設計施工順序依次進行施工，鉆孔設計參數(shù)如圖1。

圖1 北翼-640東翼運輸巷鉆孔設計圖

5 探測鉆孔施工情況

T1孔按設計開孔施工后，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正斷層與預計斷層發(fā)育情況有一定偏差。按設計施工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水通道發(fā)育，該斷層在探測區(qū)域不具有導水性。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，能準確地探測出大型地質(zhì)構(gòu)造，具有很高的價值。