淮北矿业集团杨柳煤矿 安徽淮北 235000
摘要：为了保证淮北矿业集团杨柳煤矿的103采区煤层“零压开采”，针对103采区底板灰岩水的治理问题，采用“地面定向钻探技术+注浆充填灰岩中的溶隙和裂隙技术”综合治理，有效解决了103采区底板灰岩水问题，保证了103采区工作面的安全开采，提高了生产效率。
关键词：底板灰岩水；地面定向钻探技术；注浆充填技术；零压开采
一、工程概况
杨柳煤业10煤顶底板砂岩水为采区开采的直接充水水源，富水性弱；下伏太原组灰岩水及上覆“四含”水为采区开采的潜在的间接充水水源。
为实现10煤“零压开采”，杨柳煤矿在103采区开展底板太灰疏降工程，通过西风井井底车场西风井-探2#孔分别在终孔位置一灰以及-探2孔延伸至四灰进行防水测试，采区总放水量达到162.0m3/h。
通过分析可知，103采区太灰局部与奥灰存在较紧密的水力联系，需进一步查明、治理水力联系通道，消除奥灰水对采区疏降威胁。由于彻底查治导水通道，探查面积大，难度大，因此采用地面定向钻探注浆技术对103采区底板灰岩水害进行综合治理。
二、底板灰岩水综合治理技术研究
钻探方面利用地面定向钻对DF1断层，戴庙断层以及戴庙支断层进行治理并采用地面定向顺层钻进精确控层技术对10煤底板太原组灰岩中的薄层灰岩原生裂隙进行拉网式探查；在注浆方面通过对探查到的导水通道，原生裂隙以及断层带进行高压注浆，在目的层形成有效的“阻水塞”，达到阻隔目的层及以下奥灰含水层突水同时隔绝太奥灰导水通道并完成疏降开采的目的。治理范围为1031工作面与1033工作面切眼外30米，北至戴庙断层，南至DF1断层与戴庙支断层，工作面深部至-400煤层底板等高线，后期矿方通过对103采区进行区域疏降，达到安全开采的目的。通过采用钻探工艺和注浆工艺相结合的方法实现底板灰岩水综合治理。
（1）钻探工艺研究
为了避开103采区总回风巷道、构造特征、钻探施工效能等诸多因素，在地面合适位置布置井场并设计钻孔轨迹，设计3个地面孔组——S1孔组对DF1自下盘三四灰，穿断层面延伸至上盘四灰底，分段注浆对上下盘三灰、四灰及断层面进行综合治理，切断导水通道，对戴庙支断层下盘三灰进行注浆加固并对1033工作面切眼外侧三灰进行注浆改造；设计1个地面孔组S2孔组对1031工作面切眼外50m、戴庙断层带至-400煤层底板等高线区域，通过钻探对治理区段10煤底板薄层灰岩含水层溶隙、裂隙等储水空间和导水通道进行探查，达到区域勘察目的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计1个地面孔组S3孔组对1033工作面切眼外50m、戴庙支断层带至-400煤层底板等高线区域，通过钻探对治理区段10煤底板薄层灰岩含水层溶隙、裂隙等储水空间和导水通道进行探查，达到区域勘察目的。其中S2、S3孔组分别设计两个分支孔，针对后期采区疏放水过程中若发现浅部一二灰导水，将一二灰段视为一个整体，对其进行穿层钻探治理。
S1孔组单元主要治理DF1断层，设计7个分支孔S1-1、S1-2、S1-3、S1-4、S1-1-1、S1-2-1、S1-4-1。其中S1-1、S1-2、S1-3、S1-4孔对DF1断层进行查治，S1-1-1、S1-2-1孔对1033工作面切眼外浅部进行三灰治理，S1-4-1孔对戴庙支断层下盘三灰进行注浆加固，设计一开进尺310m，二开进尺140m，三开进尺3600m，钻探总进尺4050m。治理面积约为10.24万m2。
S2地面钻孔单元包括1个主孔S2，12个分支孔S2-1、S2-2、S2-3、S2-4、S2-5、S2-6、S2-7、S2-8、S2-9、S2-10、S2-11、三-12，其中S2-1、S2-3、S2-5、S2-7孔延伸至戴庙断层，治理1031工作面浅部区域超前治理薄弱区并对戴庙断层进行注浆改造，其余孔治理1031工作面浅部区域超前治理薄弱区，S2-11和S2-12设计为补充治理103采区一二灰段。共设计一开190m，二开200m，三开6120m，总钻探进尺6510m。
S3地面钻孔单元包括1个主孔S3，9个分支孔S3-1、S3-2、S3-3、S3-4、S3-5、S3-6、S3-7、S3-8、S3-9，其中S3-1、S3-3、S3-5、S3-7孔从戴庙支断层上盘三灰延伸至断层面，治理1033工作面浅部区域超前治理薄弱区并对戴庙支断层进行注浆改造，其余孔治理1033工作面与1031工作面S2孔组未能顾及到的浅部区域超前治理薄弱区，，S3-8和S3-9设计为补充治理103采区一二灰段。共设计一开190m，二开200m，三开4000m，总钻探进尺4390m。S2与S3孔组总治理面积约为25.30万m2。
结合矿井采掘计划，S1、S2、S3孔组同时施工其相关主孔及分支孔，注浆加固103采区所覆盖的治理区域。
（2）注浆工艺研究
注浆工程的主要目的一是充填灰岩中的溶隙和裂隙；二是加固薄弱岩层，增强其抗破坏能力。
对钻孔揭露的断层带、溶隙裂隙带、岩溶及构造富水区、特殊垂向导水构造等，通过分段、分序次下行式连续地面高压劈裂注浆对裂隙进行充填加固，一方面改造断层断，切断太奥灰导水通道，另一方面达到有效改造薄层灰岩含水层，阻断三灰及以下太灰含水层通向工作面的水力联系，进而减少矿井涌水量，达到超前治理的目的。
注浆层位主要为10煤底板三灰层段（一二灰段视疏放水情况而定）以及DF1断层，戴庙断层与戴庙支断层。
注浆方式采用孔口止浆、静压分段下行式注浆法。注浆目的层位是三灰，钻探中若有漏失或涌水的其他地层，也要进行注浆。注浆采用分段下行式注浆法，孔口止浆方式，连续与间歇相结合。
水泥采用32.5普通硅酸盐水泥，其质量应符合国家GB175-92标准，不得使用受潮结块的水泥或过期的水泥；供应水泥能力应达到500吨/天；供水能力应达到100m3/h；粉煤灰细度达Ⅱ级及以上；供应能力应达到500吨/天预计水泥用量为55000吨，具体工程量以实际发生为准。
三、结论
（1）淮北矿业集团杨柳煤矿的103采区底板灰岩水问题，严重阻碍了103采区煤层“零压开采”，影响103采区煤层的安全开采；
（2）矿方采用“地面定向钻探技术+注浆充填灰岩中的溶隙和裂隙技术”综合治理，有效解决了103采区底板灰岩水问题，保证了103采区工作面的安全开采，提高了生产效率。
论文作者:周乾坤
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/9
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