矿井地面区域治理注浆改造底板含水层防治水技术探讨

陈龙

冀中能源股份有限公司东庞矿 河北邢台 054000

1 地质的实际情况

1.1 地层条件

该矿某工作面的主采煤层是二叠系山西组的二1 煤层，煤层的厚度达到了5.5-6.2m，平均厚度为5.8m，煤层倾角为3°到10°，其属于全区能够开采的近水平稳定型的厚煤层，煤层其埋深达到了525 到590m，上覆巨厚层的冲积层，其属于第四系和新近系全掩盖层，其岩性属于黄土和砂质黏土以及砾石层，厚度达到了460 到530m，同时煤层顶板基岩相对比较薄弱，岩性则属于砂岩和砂质泥岩之间的互层，厚度是60 到65m，二1 煤层是一种比较典型的巨厚冲积层的一种薄基岩煤层[1]。

1.2 水文地质条件

二1 煤层底板其中含水层属于太原组上段的一种灰岩含水层，距二1 煤层底板之间的距离需要保持在25.00-28.7m，其中L8 灰岩的发育相对比较好，含水层子孙的厚度平均达到了8.75m，岩溶裂隙发育的较为良好，渗透的系数达到了9.82 到10.94m/d；间接的含水层其实太原组下段的灰岩含水层和中奥陶统灰岩岩溶裂隙的一个含水层，上距二1 煤层底板距离分别是89.27-104.36m 和118.26-142.58m，其中L2 灰岩的发育相对比较好，通常厚度保持15m，其属于富水性想比较强的一种含水层。02 以及L2 灰岩含水层经常和L8 灰岩含水层形成一定的水力联系，这样的一种情况会为采掘工程产生比较严重的一种水害威胁。

2 地面定向水平孔煤层底板采取注浆治理的相关方案

2.1 总体方案

因为工作面水文地质条件比较的复杂，并且使用了地面定向水平孔煤层底板的一种比较先进的注浆技术，通过这样的技术能够预防并且对L8 石灰岩含水层其长距离大水比定向钻探提供保障。通过钻孔以及灌浆去完成注浆的加固，填充底板石灰岩含水层其岩溶裂隙以及导水裂隙，同时能够让含水层的水丰富度得到削弱同时将供水通道给予切断，这样的一种方式能够让注入的含水层最终变成一种水屏障这样的一种情况下能够让2 号煤层底板厚度内的抗水压能力得到提升，同时还能够减少地下开采过程中潜在的水危害[2]。

2.2 地面水平孔设计

（1）钻孔的有效布置。地面定向水平孔煤层底板目前选择的较为先进的一种注浆预防和治理技术，其主要是把钻机布置在地面上比较适合的位置，并且使用构造直孔段以及倾斜段的方式让钻孔保持水平方向，并且还能够沿着巷道钻去完成煤层底层，并且充分的使用地面定向钻井技术所具备的优势，可以参照以往的井眼地面去积累预注浆经验，并且按照有关的技术，使用一个主孔去完成对多个水平分支井的构造。挑选在18031 北部去完成主孔的布置，也就是注2 主孔需要对于18031 工作面北部给予治理，按照浆液的扩散距离，水平分支之间的距离为45m 左右，因此，注2 主孔完成6 个水平分支孔的施工，对整体开采面积给予有效的探查与治理。

（2）钻孔的结构设置。结合以往类似工程的建设经验，同时处于对赵固一矿地层条件以及定向水平孔注浆提出的要求考量，地面定向水平孔一般都是使用一种三开的结构方式。两层套管，也就是一个开口部分以及两个开口的部分。也就是这两个孔段全部都需要下套管。并且选择一个套管去把钻孔以及表土层进行有效的隔离，以确保下部钻孔顺畅；第二套管钻至石灰岩层的上部，将井眼与煤层等隔离开来。确保石灰岩段的注浆效果；这三个开口是裸眼部分（灌浆部分），沿着治理灰岩层去完成钻进。

①在直径不小于10m 的基岩中钻入一个直径为Ф350mm 的裸眼部分，一个Ф244.5×8.94mm 的套管，并用一种液态水泥浆固定管道。

② 两 个 开 口 部 分， 直 径 为 Ф215.9mm， 一 个Ф177.8×8.05mm 的套管，一直向下到L8 石灰岩层位的上部，同时使用单液水泥浆去对套管下部分孔段采取固管的操作。

③沿L8 石灰岩层钻的直径为Ф152.4mm 的三孔断面，是一个裸孔断面。

钻孔结构采用三切口形式，具有安全钻孔的优点，但由于表土层较深，因此需要将开口部分倾斜，并放入大口径的套管中，使施工成为可能。并且还需要一开孔段以及二开孔段的套管的段长保持重合，所以进行施工的时间相对比较就并且涉及到的施工成本也较高。

3 现场施工的具体情况

工作面注2 钻孔则选择这样的一种工艺完成施工，成功克服了深冲积层和薄基岩煤层补强技术中地面水平孔施工的难题，通过这一方式完成深厚层冲积层产生的大顶角造斜成孔。深冲积层的大厚角，降低大直径套管和坚固的管道工程；三开水平孔段的流挂率打破了在岩层的地面L 形水平孔中钻探流挂率的常规做法，缔造一种水垂比2.39 的记录；三开水平井段井眼轨迹产生的偏差需要被抑制在3m 的误差范围中，这样的一种情况也展现出了石灰岩层段以及断层的存在[3]。

4 结语

地面上的定向水平孔也为当前煤层的勘探以及有效的处置提供了很多可能，并且还避免了地下勘探以及处置过程中产生的不安全因素，能够让施工朝着更为安全性与可靠的方向发展。从经济角度看，其影响也很大。尽管已经应用了比地面大水流的定向水平孔技术，但在未来的工作中，我们仍然需要进一步探索。