顺三灰定向钻孔区域疏降太灰水技术

顺三灰定向钻孔区域疏降太灰水技术

周见

淮北矿业集团孙疃煤矿，安徽 淮北 235000

摘要: 随着煤炭开采的不断深入，煤矿水害成为产煤地安全、高效生产的重大隐患，是制约煤炭资源开发的重要因素。钻探作为煤矿水害防治工作一种重要的技术手段，得到了广泛的应用。本文主要阐述了运用定向钻顺三灰施工区域疏降太灰水技术，为防治水钻探技术研究提供理论支持，有力促进煤矿水害防治工作的发展。

关键词：煤矿水害防治、定向钻、技术应用

引言 

我国煤炭储量居世界前列，长期以来煤炭作为主要能源资源为我国社会经济发展做出巨大贡献。但是由于煤矿多数需要地下开采，水文地质条件复杂，煤矿安全问题对我国社会稳定和经济发展的影响不可忽视。尽管我国煤矿百万吨死亡率不断下降，但是随着矿井开采深度的不断加深，受到高地应力、强开采扰动等影响，煤矿灾害发生的强度和频率出现了不断增加的趋势。钻探技术作为注浆填充加固、注浆堵水、疏水降压、快速救援、水文地质探查等防治手段的重要途径，其中顺三灰定向钻可以使钻探技术疏降灰岩水达到最大效果，为煤矿水害防治提供重要技术支撑。

1.采区概况

淮北矿业股份有限公司孙疃煤矿位于安徽省淮北市濉溪县境内，孙疃集是其中心位置，向北东距宿州市约23km。Ⅱ2采区位于工业广场北侧，西北以F5断层为界，与104采区相邻；东南以为F7断层为界，与101采区相接；浅部自-545m水平线起，深部至-800m标高，倾向宽约750m，走向长约6350m，面积约4.76km2。

矿井主要含煤地层为二叠系的山西组、下石盒子组和上石盒子组。含煤地层厚度约990m，含1、2、3、4、5、、6、7、8、10等9个煤组，含煤30余层。煤层总厚度约11.22m，可采煤层有31、51、72、82、10等5层，可采煤层总厚8.01m，占含煤总厚的71%。

10煤层为Ⅱ2采区可采煤层，亦是矿井的主要可采煤层。赋存于山西组中部，上距82煤层66～108m，平均80.7m。下距太原组一灰顶界面约62m。煤层厚度2.24～4.58m，平均3.38m，属中厚～厚煤层，以中厚煤层为主；可采性指数为1，变异系数0.21%，面积可采率100%，属较稳定煤层。该煤层仅有1个见煤点含一层夹矸，煤层结构简单。煤层顶板岩性以泥岩为主，细砂岩次之。

2.采区水文地质条件

采区为新生界第四系、新近系松散层复盖下的全隐蔽矿床，根据地下水赋存介质特征，可划分为新生界松散层孔隙含水层、二叠系煤系砂岩裂隙含水层、石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层。

新生界松散层孔隙含水层离主采煤层（10煤）较远，因此四含水对本采区开采无影响。

采区受采掘破坏的含水层，主要是10煤上下砂岩裂隙含水层。该含水层属疏干开采层位，是本采区的直接充水含水层，也是其主要充水含水层。据矿内在该层位抽水水试验资料，单位涌水量q91=0.00181～0.0093L/s.m，富水性弱。地下水处于封闭～半封闭环境，补给条件差，以储存量为主。此含水层在不与其它含水丰富的含水层(组)发生水力联系时，一般水量不大，易疏干，对生产不会构成大的水患威胁。

石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水层为本采区间接充水含水层。据本矿太原组一～四灰抽水试验资料，单位涌水量q＝0.008182～0.773L/（s·m），富水性弱～中等。从太灰突水系数估算成果表知，本采区正常块段突水系数超过《煤矿防治水规定》中安全临界值0.10MPa/m的钻孔有3个；局部地段10煤与太灰直接“对口”接触,因此，太灰水是10煤层开采时的潜在突水水源。

奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层离主采煤层远，正常情况下对采区充水无影响。

3.以往采区太灰水治理技术

矿井各个采区受断层影响形成相对独立的水文地质单元，101、102、4采区灰岩水防治均采用“巷孔结合，区域疏降”的技术方案，此方案需单独设计一条揭露三灰的巷道，施工顺三灰大口径放水孔，疏放灰岩水。

通过区域疏降102采区太灰水位下降至-530.17m，4采区太灰水位下降至-517m，太灰水位标高均低于采区内10煤层最低回采标高，达到了疏干开采的目标。

4.顺三灰定向钻区域疏降太灰水技术

   根据矿井以往经验及《孙疃煤矿Ⅱ2采区岩溶水质特征与水害防治对策研究》， Ⅱ2采区灰岩水治理采用区域疏降方案。

   《淮煤通地联字[2020]第112号》文要求，矿井10煤层巷道掘进除有底抽巷或者沿空掘进的，其余必须采取“超前物探+钻探验证”的措施。

   为实现采区灰岩水疏放水量最大化同时兼顾巷道钻探掩护掘进，在Ⅱ2采区瓦斯鉴定巷及放水巷设计顺三灰定向钻孔，钻孔轨迹覆盖整改采区，工程量11565m/22孔，具体设计见图1。

图1

截止2022年8月25日，顺三灰定向钻孔工程已取得以下成果：

(1)自Ⅱ2采区疏放灰岩水后，102采区灰岩放水孔放水量从10m³/h逐渐减小，2月23日中班放水孔已干孔；Ⅱ2采区瓦斯鉴定巷D4-1#初始水压2MPa，8月25日实测0.75MPa，对应水位-720m。Ⅱ2采区累计疏放灰岩水约15万m³。

(2)8月25日Ⅱ2采区太灰水位-720m，Ⅱ1022工作面巷道最低点标高-709.6m，高于太灰水位标高，工作面基本上实现零压开采。

(3)通过施工顺三灰定向钻孔掩护巷道掘进，减少施工钻场个数20个。

4.结语

通过顺三灰定向钻孔区域疏降灰岩水，可以实现灰岩水疏放最大化，减少巷道施工长度，兼顾巷道钻探掩护掘进，避免单独施工钻场，保证掘进正规循环作业，进一步提高矿井生产效率，为企业带来安全效益和经济效益。

参考文献

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