摘要：邢台矿西井下组煤，在开采过程中将受顶板大青灰含水层和底板本灰、奥灰强含水层水害威胁。井田内断层、陷落柱、破碎带等构造较为发育，不仅成为导通大青灰岩含水层、本灰含水层、奥灰含水层的补给通道，同样成为进入下组煤井巷系统的突水通道。采用传统的井下钻探方法对断层的探查与治理难度较大，耗时长，并且危险性大。邢台矿大胆实践，在 “预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采” 防治水方针基础上，采用“地面区域超前治理”新手段，以指导西井下组煤防治水技术工作。
关键词：下组煤；构造；含水层；区域治理；防治水；方案
Abstract：xingtai mine west coal mine group, its by roof and large aquifer in the mining process and bottom ash, Mr Grey strong aquifer water disasters threat. Fault and collapse column in mining field, fracture zone, such as structure is relatively developed, not only be conducting large blue limestone aquifer, the ash, the ash of aquifer recharge channel, also become into the next group of coal mine water inrush channel of the system. Using conventional downhole drilling methods for fault detection and governance is difficult, time consuming, and great risk. Xingtai mine, bold practice, in the "forecast, doubt will agent, agent before digging, after be being put first, adopt" based on prevention and control of water policy, adopts the new "area ahead of ground treatment method, to guide the prevention and control of underground coal west water technology work.
Keywords：coal group; Structure; Aquifer; Regional governance; Prevention and control of water; plan
1、西井水文地质特征
邢台矿西井主采9#煤，其直接充水水源为大青灰岩水和本溪灰岩水，间接充水水源为奥灰水。
西井首采区内8、9号煤合并，因此大青灰岩即为煤层的直接顶板，根据钻孔资料，大青灰岩厚度一般在2.14～10.52m，平均厚度为6.75m；依据抽水试验资料，该含水层单位涌水量在0.03284～0.3686L/s•m之间，属富水性较好的含水层。先期开采区部分地段存在大青灰岩水接受奥灰水补给的情况，但是大青灰岩厚度较薄，静储量有限，在切断奥灰补给源的条件下可以疏降。
本溪灰岩厚度为1.5～8.21m，平均3.0m，上距9#煤15~20m，下距奥灰5~12m，富水性不均一。由于距奥灰较近，受奥灰补给，水位标高基本与奥灰水相同。水化学类型为HCO3-Ca•Mg、HCO3-Ca•Na型水，矿化度为0.24～0.29g/L。
邢台矿西井位于白泉水文地质单元七里河强径流带上，由于本区奥灰埋藏较浅，岩溶裂隙较为发育，地面钻孔在揭露本层时，有21孔发生严重的漏水现象，占揭露本层84个钻孔的25%。钻孔抽水单位涌水量一般在0.0781～5.045L/s•m。富水性很强。
本区9#煤下距奥灰23.42~28.50m，奥灰突水系数0.07～0.09MPa/m，又因本区断层发育，为奥灰水向上径流提供了通道。断层也使9#煤与奥灰之间的有效隔水层厚度减小，甚至缺失。部分断层断距较大，使奥灰与9#煤对接，这对9#煤开采极为不利。总之，邢台矿西井9#煤开采受奥灰水害威胁较大，由于该区构造复杂，防治水难度较大。
2、西井防治水思路及技术路线
针对邢台矿西井复杂的水文地质条件，确定下组煤带压开采防治水思路为：坚持物探与钻探、地面与井下相结合的原则，查明断层、陷落柱等隐伏构造含导水性；秉承顶板大青灰水以疏为主，底板奥灰水以治为主的防治水理念，重点超前预注浆治理断层带、奥灰上部富水区，切断奥灰水对本灰、大青灰含水层的补给通道；运用先进的水平径向成孔技术，在地面实现奥灰水的超前预注浆治理，确保巷道掘进和工作面回采安全。防治水技术路线见图1。
图1 邢台矿西井防治水技术路线
西井区域治理工程分为两期实施：一期为采区上山断层探查与注浆地面治理工程；二期为首采区地面区域治理工程。目前一期工程地面工作已经完工。
3、地面区域治理方案
邢台矿西井以采区上山断层及首采区为治理区域，面标高+90m，基岩埋深170~190m。治理区域煤层底板标高-120~-180m，改造目标层位在奥灰顶面附近，改造层段埋深为260~330m。由于治理区埋深浅，从技术及经济上该区域都不具备采用水平定向钻探实施条件，因此采用径向射流造孔技术，进行地面区域治理。径向射流造孔是我国从美国石油行业引进的成孔新技术，最先应用我国华北、长庆等油田，在产油量接近枯竭的油井中，通过径向射流造孔形成多个不同方向的出油通道，增加油井产量。
径向射流造孔过程速度快，无盲区，对直孔深度无要求，适合目标层埋藏较浅不具备定向钻探施工条件的矿井。
1）、一期采区上山断层探查和治理工程，共布置4个直孔，编号DS1~ DS4，10个径向射流孔，编号DS1-a、DS1-b、DS2-a、DS2-b、DS2-c、DS3-a、DS3-b、DS4-a 、DS4 –b、DS4-c。主要探查治理影响采区上山掘进的F25、DF37、F6、F1断层。
2）、二期首采区地面区域治理以F6断层为界，分为南北两个区段。针对F6断层位置，布置3个地面直孔，编号为D1、D2、D3，每个直孔施工3个径向射流孔，合计9个径向射流孔。通过3个孔组的施工，进一步确定F6断层位置和对断层进行注浆加固。
F6断层以南及DF37断层位置布置3个地面直孔，13个径射流钻孔。
F6断层以北布置3排11个地面直孔，径向射流孔36个。其中A1、A2位于F1断层位置，施工径向射流孔6个。B1~B4钻孔与C1~C5钻孔位于F1断层与F6断层内部，施工径向射流孔30个，其中，C5钻孔施工两个大青灰岩层位的径向射流钻孔。
预留5个直孔检查孔与5个径向射流机动钻孔，对注浆效果进行检查并补强。
总计布置26个地面直孔，73个径向射流钻孔。钻孔布置见图2
图2 首采区区域治理工程平面图
4、地面区域治理工程概况
西井地面治理一期工程，采区上山断层探查与注浆治理工程已经完工。直孔段累计钻探进尺1162.49m；水平径向射流孔施工10个，累计进尺1100m，累计总注浆量达9103.61吨，具体工程进度：
1）、DS1孔直孔段孔深362.4米，孔内施工两个水平径向射流孔，累计注浆量达178.11吨,其中：DS1-a注入水泥121.78t、DS1-b注入水泥56.33t；
2）、DS2孔直孔段孔深265m，孔内施工三个水平径向射流孔，直孔段注浆量1445吨，径向孔注浆量1647.38吨（DS2-a注入水泥111.26t、DS2-b注入水泥1469.72t、DS2-c注入水泥66.4t），累计注浆量达3092.38吨；
3）、DS3孔直孔段孔深260m，孔内施工两个水平径向射流孔，直孔段注浆量757吨，径向孔注浆量1643.7吨（DS3-a注入水泥1601.34t、DS3-b注入水泥42.36t），累计注浆量达2400.7吨；
4）、DS4直孔段深275.09米，进入奥灰44米，孔内施工三个水平径向射流孔，直孔段注浆达3299.88吨，径向孔注浆量132.54吨（DS4-a注入水泥40t、DS4-b注入水泥40t、DS4-c注入水泥52.54t）,累计注浆量达3432.42吨。
5、区域治理总结及下一阶段治理方案优化
1）、西井一期采区上山地面治理工程主要对前期三维地震勘探出的断层构造进行探查与注浆治理。从探查成果分析，首采区的地质构造条件与三维地震勘探成果变化较大，并且发现了新的断层，进一步对首采区的地质构造进行了修正；从注浆成果分析，对勘探出的导水断层进行注浆封堵，对采区三条上山底板下40米范围内进行了注浆加固，注浆量大，浆液扩散半径大，初步分析注浆效果良好。
采区上山掘进过程中，将专门设计井下超前探查孔，进一步探查地面探查注浆治理区域，以验证地面治理实效性。通过井上下物、钻探相结合的综合防治水措施，能够保证下组煤采掘安全，有效缩短了防治水工程工期，降低了防治水费用，为二期大规模地面区域治理积累了经验，提供了可靠的技术保障。
2）、西井二期首采区地面区域治理工程，将分阶段实施，首先进行首采工作面的治理，根据治理效果，及时优化下一阶段的直孔段及径向射流孔的布置及施工方案，使治理阶段环环相扣，目的性更强，同时也起到对上一阶段治理效果的验证作用。实现以最少的工程量，最低的防治水费用，最短的工期，达到区域治理的预期效果。
论文作者:尹松良
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
标签：断层论文; 射流论文; 采区论文; 地面论文; 注浆论文; 含水层论文; 青灰论文; 《基层建设》2018年第6期论文;