井下斷層定點(diǎn)探治消除礦井重大隱患的應(yīng)用研究

韓久方

摘 要：FS4斷層為礦井西總回風(fēng)大巷（標(biāo)高-677.9m～683m）北部與-682m水倉（-688.9m～-724.3m）南部之間，根據(jù)最新規(guī)定，該處兩條巷道均進(jìn)入安全防隔水煤（巖）柱內(nèi)，根據(jù)2020年4號(hào)令《煤礦重大事故隱患排查判定標(biāo)準(zhǔn)》文件，不符合規(guī)定，存在突水危險(xiǎn)，現(xiàn)須對(duì)FS4斷層進(jìn)行探查，探明后對(duì)其斷層進(jìn)行專項(xiàng)注漿加固，確保礦井安全。

關(guān)鍵詞：注漿;井下斷層 ;項(xiàng)目施工

引言：首先對(duì)煤炭井下斷層給煤炭開采帶來的影響進(jìn)行了簡要分析， 并結(jié)合實(shí)例詳細(xì)探討了煤礦井下斷層區(qū)域采煤質(zhì)量控制措施。

1FS4 斷層概況

FS4斷層位于礦井北部，該斷層傾向164°，傾角65°，落差5～13m。南鄰西總回風(fēng)大巷，北鄰-682m水倉。

2項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)

探查治理鉆場(chǎng)設(shè)在-682m主排水泵房通道，該巷道位于二1煤層上部，距二1煤層頂板15.9m，鉆場(chǎng)設(shè)置在-682m主排水泵房向外（東南） 21m附近，鉆場(chǎng)所在巷道頂板標(biāo)高-677.9m，鉆場(chǎng)高3.1m。

3水文地質(zhì)情況

3.1主要含水層

①L8灰?guī)r含水層：L8灰?guī)r平均厚8m，上距二1煤層23～26m，上距-682m 主排水泵房通道42～45m，目前水位-253.23m。②L2灰?guī)r含水層，L2 灰?guī)r平均厚12m，上距二1煤層93～95m，上距-682m主排水泵房通道112～114m，目前水位-88.54m。③O2灰?guī)r含水層，O2灰?guī)r平均厚度大于400m，上距二1煤層約131.63m，上距-682m

3.2突水系數(shù)

斷層附近巷道底板至L8灰?guī)r含水層間的隔水層平均厚度約45m，水壓3.3MPa，突水系數(shù)0.07MPa/m;巷道底板至L2灰?guī)r含水層間的隔水層平均厚度約114m，水壓8.4MPa，突水系數(shù)0.07MPa/m;巷道底板至O2灰?guī)r含水層150.6m，水壓8.6MPa，突水系數(shù)0.05MPa/m。

3.3突水性分析

① L8灰?guī)r含水層隔水層厚度評(píng)均為26m，安全隔水層厚度為13m，西總回風(fēng)大巷、-682m水倉受L8灰?guī)r水影響。②.L2灰?guī)r含水層隔水層厚度為94m，安全隔水層厚度為21m，西總回風(fēng)大巷、-682m水倉受L8灰?guī)r水影響。

4井下探查治理方案

4.1突水威脅層位分析

巷道底板至L8灰?guī)r含水層間的隔水層平均厚度約45m，水壓3.3MPa， 突水系數(shù)0.07MPa/m;巷道底板至L2灰?guī)r含水層間的隔水層平均厚度約114m，水壓8.4MPa，突水系數(shù)0.07MPa/m，斷層破碎帶附近突水系數(shù)超過0.06MPa/m，該區(qū)域西總回風(fēng)大巷、-682m水倉底板L8、L2灰?guī)r含水層存在突水危險(xiǎn)。

4.2井下斷層水害治理工程布置

鑒于FS4斷層探查施工難度和工時(shí)，采用井下探查及注漿加固治理技術(shù)，重點(diǎn)查明斷層附近底板L8灰?guī)r含水層的富水狀況及構(gòu)造發(fā)育情況，在井下施工長距離定向鉆孔對(duì)井下斷層破碎地段、導(dǎo)含水地段及L8、L2灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿加固，通過鉆孔注漿來充填斷層破碎帶底板灰?guī)r含水層的巖溶裂隙和導(dǎo)水裂隙，從而減弱含水層的富水性并切斷水源補(bǔ)給通道，使受注含水層變?yōu)楦羲畬踊蛉鹾畬?，同時(shí)增強(qiáng)底板隔水層的強(qiáng)度，降低水害威脅程度。（1）鉆孔布置。該工程共設(shè)計(jì)15個(gè)鉆孔，進(jìn)尺3115.5m， 采取由井下-682m主排水泵房通道設(shè)置鉆場(chǎng)進(jìn)行實(shí)施。（2）鉆孔結(jié)構(gòu)及要求。斷層探查鉆孔采用φ153mm鉆具開孔，鉆進(jìn)過一級(jí)套管孔深，下φ146mm套管。用φ133mm無芯鉆頭鉆進(jìn)過二級(jí)套管孔深，下入φ127mm套管。在下設(shè)三級(jí)套管時(shí)采用φ113mm無芯鉆頭鉆進(jìn)過三級(jí)套管孔深，下入φ108mm套管。

4.3技術(shù)要求

（1）鉆孔施工技術(shù)要求。①鉆場(chǎng)施工前1天通知地測(cè)科到鉆場(chǎng)放方位線。施工鉆孔方位角誤差不大于1°、傾角誤差不大于0.5°。②根據(jù)O2、L2 灰?guī)r含水層水壓進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，制定專項(xiàng)安全措施。③終孔深度以過標(biāo)志層后計(jì)算終孔層位為準(zhǔn)。（2）注漿固管要求。①當(dāng)鉆孔孔深達(dá)到要求時(shí)下入一級(jí)套管，固管采用水泥、水玻璃混合的雙液漿;一級(jí)套管要求凝固8小時(shí)后，透孔出一級(jí)套管深度0.3～0.5m方可進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為10MPa，持續(xù)30min，套管不活動(dòng)、不漏水方可定為一級(jí)套管試壓合格， 允許繼續(xù)鉆進(jìn)。當(dāng)鉆進(jìn)至二級(jí)套管孔深且孔內(nèi)無水時(shí)再下入二級(jí)套管;二級(jí)管固管必須使用P·O 42.5的普通硅酸鹽（單液）水泥漿，要求凝固24小時(shí)后，透孔出二級(jí)套管深度0.3～0.5m方可進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，壓力為15MPa、持續(xù)30min視為試壓合格。（3）鉆孔注漿要求。①注漿前提：當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)過程中孔內(nèi)涌水量大于10m3/h時(shí)必須停鉆注漿，鉆孔終孔后需進(jìn)行注漿; 當(dāng)鉆孔在下設(shè)二級(jí)套管前出水超過2m3/h，必須進(jìn)行預(yù)注漿。②注漿方式：采用地面注漿和井下注漿相結(jié)合的注漿方式，如果鉆孔地面注漿注不進(jìn)，可以考慮使用井下注漿泵進(jìn)行注漿。

4.4封孔要求

①鉆孔終孔注漿結(jié)束后至少透孔一次，以便檢驗(yàn)注漿效果，鉆孔透孔后水量不大于0.5m3/h，方可進(jìn)行封孔。鉆孔滿足封孔條件后，應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)完成封孔。②若透孔后鉆孔水量≤0.1m3/h時(shí)，可采用下鉆桿返漿封孔工藝，將鉆桿下到距孔底不超過1m處，向鉆桿內(nèi)壓入水灰質(zhì)量比為1：1.48 的純水泥漿，孔口返漿后，上提鉆桿30～40m，繼續(xù)向鉆桿內(nèi)壓入同比例純水泥漿;如此反復(fù)，直至將鉆桿全部取出，漿液充滿鉆孔，蓋上注漿悶蓋，繼續(xù)向孔內(nèi)壓漿至設(shè)計(jì)壓力15MPa，并保持10min以上，方可停止壓漿。③封孔結(jié)束24小時(shí)后，拆下孔口悶蓋，對(duì)封孔質(zhì)量進(jìn)行檢查?？卓诔錆M水泥、無滴漏現(xiàn)象，視為封孔合格;否則須重新透孔、封孔。

4.5安全技術(shù)及其它要求

（1）鉆場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)打設(shè)錨桿對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行固定。（2）必須安裝防噴裝置，高壓閘閥和反壓裝置，保證施工安全。（3）鉆場(chǎng)內(nèi)必須有配套齊全的消防器材，防止打鉆過程中，發(fā)生明火等災(zāi)害事故時(shí)，能及時(shí)處理。（4） 做好鉆探施工原始記錄，鉆進(jìn)至標(biāo)志層時(shí)應(yīng)及時(shí)收集巖粉并做好判斷、分析工作。（5）探斷層鉆孔均要在預(yù)計(jì)斷層位置前5m開始取芯鉆進(jìn)，且取芯率符合要求。不能取芯鉆進(jìn)的取得地測(cè)科同意后跟班隊(duì)長或技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)跟班進(jìn)行巖屑判層。（6）鉆場(chǎng)附近必須安設(shè)專用電話。（7）排水設(shè)備：鉆場(chǎng)泵坑內(nèi)安裝排量不小于50m3/h的排水泵。排水路線：鉆場(chǎng)→泵坑→-682m主排水泵房通道→排水聯(lián)絡(luò)巷水溝→泵坑→-682m水倉。（8）在施工過程中，必須制定措施防范瓦斯超限。若鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)瓦斯異常，應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)，將孔內(nèi)涌出的瓦斯排凈后方可鉆進(jìn)，若鉆孔涌出瓦斯量較大，不能用通風(fēng)的方法處理時(shí)，應(yīng)立即采取抽采瓦斯的措施。（9）工程施工完畢后3日內(nèi)，向地測(cè)科提交鉆孔施工單孔總結(jié)和工程總結(jié)。

5施工成果分析

井下斷層探查工程施工情況：本工程施工采用測(cè)斜儀器測(cè)斜，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員以上人員進(jìn)行關(guān)鍵層位判層站位，確保判斷地層巖性的準(zhǔn)確率，同時(shí)由現(xiàn)場(chǎng)施工人員通過人工、鉆壓、化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)每2m打撈的巖屑進(jìn)行判斷。

結(jié)束語：

綜上所述，采用井下治理模式后，目前井下FS4斷層探查治理節(jié)省420 天，節(jié)省資金337.92萬元，為礦井、集團(tuán)創(chuàng)造更加可觀的盈利，且今后帶來效益巨大，無法預(yù)估。

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