地面区域治理效果验证技术研究与实践

张会松

（冀中能源峰峰集团辛安矿，河北邯郸056200）

1 引言

随着辛安矿216采区地面区域治理工程的施工，面临着开展区域治理验证工作的实际问题。在实际生产过程中，辛安矿通过对已进行地面区域治理地区的水文地质条件进行综合分析，采用井下钻探及物探手段，开展了地面区域治理效果验证工作，并取得一定的成效。现将辛安矿区域治理效果验证技术研究与实践过程中的一些体会与经验进行总结，提出适用于薄层区域治理工程的区域治理效果验证技术理论以飨广大同仁。

2 区域治理效果验证设计

2.1 设计目的

利用井下钻探，对经地面区域治理后的块段内，下伏山伏青、大青灰岩含水层的富水性、隔水层的完整性进行探查，进而对地面区域治理效果进行验证和评价。

2.2 布孔原则

为保证区域治理验证孔布置的合理性、科学性，布置钻孔时遵循以下原则：

①依托掘进工作面巷道，每200～300m布置一个钻场，每个钻场布置2～3个钻孔,钻孔在钻场周围100m范围内分散布置，最终保证地面区域治理相邻钻孔形成的条带内均有验证钻孔。

②地面区域治理钻孔集中出层段、已发现的漏失点、断层破碎带、区域治理边界外围以及物探异常区加密布孔，一般周边60m范围内需布置一组2个钻孔。

③区域治理验证孔设计终孔层位为大青煤底板下5m。

2.3 钻孔结构

钻孔一开孔径≥Φ133mm，钻进26m后，下Φ108mm（管外径）×8mm（管壁厚）×25m（长度）套管，二开孔径为≥Φ75mm，裸孔至终孔。若钻孔开孔穿煤或孔口段在巷道下方穿过时，应根据实际情况适当增加套管长度，具体值在钻孔单孔设计中规定。

3 技术要求

①孔口套管使用水泥浆固管。水泥浆凝固72小时后扫孔，进行注水耐压试验，耐压试验压力达到设计压力及以上，稳定30min以上，且钻孔及钻场四周不漏水为“合格”,否则对套管重新注浆，直至试压“合格”。

②套管耐压试验合格后，孔口必须安设耐压大于设计压力的高压水门。

③区域治理验证钻孔在山伏青层位每米取一次岩粉，在小青煤下5～10m至终孔段进行取芯钻进，岩芯采取率不小于70%。

④钻孔施工过程中，要详细观察、收集地层变化情况，见标志层（煤或石灰岩）时要及时丈量标志层位置并及时填好钻探记录。

⑤钻孔施工过程中出（漏）水时，须及时汇报，停止钻进，要详细记录出（漏）水孔深，观测并收集钻孔稳定水量、水温、水压或漏失情况等资料。

⑥钻孔施工结束后，相关单位按有关规定进行验收。验收合格后，施工单位须及时上交钻探原始记录，并根据生产安排及设计要求进行封孔。

4 施工技术要求

4.1 设备要求

验证孔设计单孔孔深一般>135m，为了完成本次钻探任务，选择坑道钻机ZLJ-2350、ZLJ-2300B（A）等钻机额定钻探能力≥300m钻探设备，并配备BW-320型泥浆泵。

4.2 钻场要求

钻场规格:6m（长）×4m（深）;钻场底板要卧到实底（露出大煤底板），取平，摸顶，保证底板平整，浮煤、渣清理干净，以及钻场顶、帮支护牢靠;钻场外口处挖沉淀池和循环池，规格为：1m（长）×1m（宽）×0.6m（深），之间间隔0.5m，并留设水沟，规格为0.3m（宽）×0.3m（深）;钻场外口留设25mm球型阀自压水管接头，并留设电源截路，保证能正常供水供电；钻场范围20m内要安装有直通调度室的电话。

4.3 排水系统

钻探施工期间预计最大涌水量为1.0m3/min，钻场附近应设有集中排水点，并安设排水及备用排水能力≥1.0m3/min的排水系统，将涌水经排水管路直排至水仓。

5 取得的成效

5.1 现场钻探方面

通过施工区域治理验证孔，在现场施工钻探方面取得以下实践成果：

①工期。验证孔较普通探查钻孔增加了注浆隔离、测斜、取芯等工艺流程，单孔施工工期一般可达12天/孔。

②成效。通过组织施工对比，若同一钻场布置2～3个钻孔，进行交替作业可提高钻探成效，与单孔逐个施工对比，可缩减工期2～3天。

5.2 技术成果

①取芯成果。所有施工的区域治理验证钻孔均按要求取芯，通过实践，钻孔在大青灰岩段取芯率可达70%～90%，砂岩段取芯率较差一般为60%～70%，最低不足50%。单孔取完整岩芯长度最大可达70cm，最小为5cm，一般为10～30cm。

②测斜成果。按照设计要求，目前施工的区域治理效果验证孔仅检3孔因现场条件影响，未能测斜外，其余16个钻孔均进行了测斜工作，测斜率94%。钻孔测斜成果见下表1。

表1 地面区域治理验证孔测斜成果一览表

由上表1可知，所施工的钻孔较设计轨迹，平面位置和垂直面偏差一般小于10m，仅个别钻孔达到20m。在满足布孔原则的基础上，达到了区域治理效果验证的目的；钻孔偏斜规律为:方位角在90°～270°之间时，钻孔方位均按顺时针方向偏移，方位角在270°～360°之间时，方位按逆时针偏移，且钻孔越接近立孔，方位偏差越大。

③水文地质探查情况。截止目前共施工验证孔17个，所有钻孔均揭露野青、山伏青灰岩含水层，16个钻孔揭露大青灰岩含水层。

钻孔揭露野青灰岩含水层时基本无水，也无漏失情况，野青灰岩含水层富水性极差；钻孔揭露山伏青灰岩含水层时，钻孔单孔最大涌水量为8m3/h，一般为0.1～2m3/h，水位为-286m～-536m，水温22～23℃，水无色，伏青灰岩含水层弱富水；揭露大青灰岩含水层时，钻孔单孔最大涌水量为6m3/h，一般为 0.1～2m3/h，水位-493～-105m，水温 21.9～23.5℃，水为褐红色，为地面钻孔循环液水，大青灰岩含水层富水性弱。

6 结语

通过施工验证孔以及前期物探工作，对地面区域治理效果进行了验证，表明地面区域治理工程效果良好，达到了区域治理目的，查明了该区水文地质条件，为该区安全无水害生产提供了条件。