大型導(dǎo)水陷落柱綜合探查與阻水塞建造關(guān)鍵技術(shù)研究

研發(fā)起止時間：2018.1～2020.12

完成單位：晉能控股集團有限公司、中煤科工集團西安研究院有限責任公司、晉能控股煤業(yè)集團有限公司、晉能控股山西科學(xué)技術(shù)研究院有限公司

成果水平：國際領(lǐng)先

1 項目背景

巖溶水害一直是影響我國煤礦安全生產(chǎn)的主要水害之一。隨著我國淺部煤炭資源逐漸枯竭，煤炭開采深度不斷增大，煤礦生產(chǎn)受巖溶水害影響更加突出。目前，塔山礦煤層開采深度逐漸增大，帶壓開采程度不斷增強，再加上井田斷裂構(gòu)造、陷落柱發(fā)育，在礦井采掘過程中發(fā)生奧灰突水的可能性越來越大，直接威脅礦井安全生產(chǎn)，奧灰水是礦井今后防治水工作的主要安全隱患。為了進一步提升晉能控股煤業(yè)集團礦井奧灰水害防治技術(shù)水平，提高礦井奧灰水害防治技術(shù)能力，有效指導(dǎo)今后礦井安全生產(chǎn)，有必要以塔山礦8228工作面奧灰水害注漿治理工程為示范工程，開展對晉能控股煤業(yè)集團塔山礦大型導(dǎo)水陷落柱綜合探查與治理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進行分析研究，在確保礦井安全采掘生產(chǎn)的同時，也將為礦井防治水積累技術(shù)經(jīng)驗與科學(xué)數(shù)據(jù)，并形成晉能控股煤業(yè)集團礦井導(dǎo)水陷落柱綜合探查與治理技術(shù)體系，對實現(xiàn)礦井今后安全生產(chǎn)具有重要的理論和實際指導(dǎo)意義。

2 研究內(nèi)容

(1）收集礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)資料和奧灰水害綜合探查成果，進一步分析塔山礦8228工作面充水水源和導(dǎo)水通道。

(2）根據(jù)定向水平鉆進鉆速、鉆液消耗量、巖屑錄井、隨鉆測井等綜合探查資料，分析研究陷落柱發(fā)育范圍及空間分布特征，建立三維地質(zhì)模型，并對陷落柱內(nèi)部松散體膠結(jié)程度進行三維刻畫分區(qū)研究，指導(dǎo)陷落柱治理中采取合理有效的注漿治理工藝。

(3）依據(jù)陷落柱松散體膠結(jié)特征，研究不同分區(qū)介質(zhì)定向水平分支孔成孔關(guān)鍵技術(shù)和注漿工藝方法。

(4）依據(jù)煤層開采水文地質(zhì)條件，對阻水塞立體建造技術(shù)進行研究，實現(xiàn)大型通道的有效封堵截流。

3 主要研究成果

（1）利用井上下物探和地面定向水平鉆井探查技術(shù)，實現(xiàn)了對導(dǎo)水陷落柱空間發(fā)育范圍的準確探查（圖1-圖3）。

圖1 突水區(qū)地面三維地震探查成果示意圖（左）

圖2 突水區(qū)地面CSAMT探查成果示意圖（右）

圖3 導(dǎo)水陷落柱發(fā)育邊界探查成果示意圖

（2）根據(jù)松散體膠結(jié)不同特征，采用鉆進軌跡控制技術(shù)，實現(xiàn)了陷落柱松散體內(nèi)定向水平孔軌跡有效控制（如表1）。

表1 陷落柱松散體各分區(qū)定向水平鉆成孔控制技術(shù)一覽表

（3）基于地面定向水平鉆等綜合探查成果，利用Surpac軟件對陷落柱松散體空間發(fā)育特征進行了主通道區(qū)、裂隙區(qū)和次生裂隙區(qū)分區(qū)(如圖4)，為陷落柱注漿分類治理提供了依據(jù)。

圖4 基于鉆液漏失量陷落柱破碎體三維刻畫分區(qū)圖

（4）創(chuàng)建了陷落柱阻水塞立體建造注漿工藝分區(qū)控制技術(shù)（如表2），實現(xiàn)了對導(dǎo)水陷落柱有效治理。

表2 阻水塞建造注漿工藝控制技術(shù)一覽表

4 應(yīng)用效益

該項研究成果在塔山煤礦8228 工作面及8226 接續(xù)工作面成功應(yīng)用，實現(xiàn)了對8228工作面奧灰水害的截流堵源，解放了煤炭資源，獲取了大型導(dǎo)水陷落柱綜合探查與阻水塞建造的關(guān)鍵技術(shù)，形成了一套適合大同礦區(qū)類似條件下導(dǎo)水陷落柱治理技術(shù)，項目成果為塔山煤礦奧灰水害防治積累了防治水技術(shù)經(jīng)驗，為大同礦區(qū)奧灰水害防治提供了重要評價依據(jù)和基礎(chǔ)資料。

本項目于2021年4月8日通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的專家鑒定，研究成果達到國際領(lǐng)先水平。