采煤工作面頂板防治水鉆探方案研究與應(yīng)用

陳高鵬 李同玉

摘要：礦井白堊系含水層一直是防治水方面制約煤層開采的主要因素;工作面回采期間局部砂巖含水層富水區(qū)瞬間沿導(dǎo)水裂縫帶涌入工作面，會對工作面回采造成影響，本項目主要通過施工探放水鉆孔查明頂板水的來源、水量、水壓，以便于開展井下防治水工作。

關(guān)鍵詞：白堊紀(jì)洛水組;含水層;導(dǎo)水裂隙;探放水;鉆孔;取芯;耐壓試驗;測斜

一、工程概況

礦井位于陜西彬長礦區(qū)，屬黃隴侏羅紀(jì)煤田。分析礦井水文地質(zhì)條件：煤層開采受侏羅系直羅組、延安組含水層出水影響，受白堊系洛河組含水層水害威脅。采煤工作面直接充水含水層為侏羅系砂巖含水層，工作面回采期間局部砂巖含水層富水區(qū)瞬間沿導(dǎo)水裂縫帶涌入工作面，會對工作面回采造成影響，因此在工作面回采前需要對工作面頂板進(jìn)行探放水工作。

二、目的

目的：通過施工頂板疏放水鉆孔，探查采煤工作面含、隔水層水文地質(zhì)條件，并探查洛河組下段含水層厚度。

三、鉆孔設(shè)計要求和技術(shù)參數(shù)

1、鉆孔位置：探放水鉆孔TC1#鉆孔位于采煤工作面運(yùn)輸順槽YS7點后27m處。

2、鉆孔技術(shù)參數(shù)

鉆孔技術(shù)參數(shù)表

3、鉆孔結(jié)構(gòu)：

（1）開孔用Ф108mm取芯鉆頭+Ф108×2000mm巖芯管鉆;然后用Ф168mm擴(kuò)孔鉆頭+Ф168mm扶正器進(jìn)行擴(kuò)孔;再用Ф245mm鉆頭進(jìn)行二次擴(kuò)孔;下帶高壓法蘭盤的Ф219×7.0mm石油套管20.0m，最后一節(jié)套管為帶固定鋼板孔口管，并貼緊巷道頂板。并使用雙股2分鋼絲繩將鋼板固定在附近的錨索或錨桿上。將孔口管固定牢固后，注漿固結(jié)，待注入孔內(nèi)的水泥漿凝固24h后，掃孔至超過原孔深0.2～0.5m后，進(jìn)行清水耐壓試驗，試驗壓力不小于10.0MPa，穩(wěn)壓時間不小于30min;

（2）耐壓試驗合格后安裝DN125/10MPa高壓閘閥，用Ф73mm取芯鉆頭鉆進(jìn)至洛河組底界后，用Ф127mm擴(kuò)孔鉆頭鉆進(jìn)至孔底，然后拆下DN125/10MPa高壓閘閥，下帶高壓法蘭盤的Ф108×6.0mm地質(zhì)套管至孔底，并注漿固結(jié)，待注入孔內(nèi)的水泥漿凝固24h后，掃孔至超過原孔深0.2～0.5m后，安裝DN125/10MPa高壓閘閥，進(jìn)行清水耐壓試驗，試驗壓力不小于10.0MPa，穩(wěn)壓時間不小于30min;

（3）耐壓試驗合格后用Ф73mm取芯鉆頭+Ф73×3000mm巖芯管帶閥鉆進(jìn)至設(shè)計孔深（洛河組上段）后，然后進(jìn)行全孔測斜。

設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)及下入套管規(guī)格長度

四、設(shè)備及材料

1、設(shè)備選用

鉆孔施工采用西安煤科院ZDY4000S型鉆機(jī);泥漿泵選用SGB9-12型注漿泵，最大額定流量9.0m?/h，最大壓力12MPa。

2、鉆具及材料

鉆桿采用Ф63.5mm×1.5m摩擦焊鉆桿，采用PDC復(fù)合片Ф219mm、Ф168mm、Ф127mm、Ф108mm、Ф73mm等系列鉆頭。攪拌采用自制立式0.2m?攪拌桶，水泥采用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

3.孔口管及固定盤

孔口管采用Ф177.8×7mm石油套管，最后一節(jié)與法蘭盤焊接，第一節(jié)切割為鋸齒狀，以便固管時出漿;孔口管400mm處焊接鋼板固定盤。

五、施工情況

1、地層情況

TC1鉆孔地層參數(shù)表

2、簡易水文觀測

在鉆進(jìn)過程中，根據(jù)要求對鉆孔涌水點進(jìn)行了簡易水文觀測工作，具體數(shù)據(jù)參照實際數(shù)據(jù)統(tǒng)計表。

簡易水文觀測統(tǒng)計表

六、鉆孔測斜情況

1.該鉆孔測量從孔口開始，終孔孔深為172.5m，每進(jìn)尺7.5m進(jìn)行一組測量，共23組數(shù)據(jù)。

2、鉆孔測斜數(shù)據(jù)計算表

3、測量結(jié)果

在測量終孔172.5m時，鉆孔實際軌跡相對于設(shè)計軌跡向上偏移6.5m，向左偏移4.86m。（坐標(biāo)系為設(shè)計方向坐標(biāo)）

七、結(jié)論

1、根據(jù)探放水鉆孔水壓、水量分析，涌水大部分為白堊系洛河組上段含水層水，有少量洛河組下段含水層水參與。

2、根據(jù)本次探放水孔揭露巖層情況及測斜資料分析，鉆孔開孔位置距宜君組底界斜距為104.0m，厚度2.83m;鉆孔孔深107.0m時揭露洛河組底界，厚度63.52m。鉆孔測斜終孔172.5m時，鉆孔實際軌跡相對于設(shè)計軌跡向上偏移6.5m，向左偏移4.86m;測斜深度107.0m（即宜君組頂界）時，鉆孔實際軌跡相對于設(shè)計軌跡向上偏移2.33m。