采用鉆探探測斷層發育情況及導水性技術研究與應用

李 筍

（河南能源化工集團永煤公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

1 工作面概況

北翼-640東翼運輸巷位于陳四樓煤礦六采區，該巷道北為F18正斷層及其防隔水煤柱，南為2601工作面，西與北翼-640集中皮帶下山連接，東為DF18-1正斷層。工作面地面標高+35.49 m。該巷道已掘進完畢，巷道掘進層位位于二2煤層頂板砂質層位、細粒砂巖層位施工。根據探測結果分析，巷道停掘位置巷道底板距二2煤層法向距離25.8 m。

2 探測區域地質概況

DF18-1正斷層為六采區與十八采區的分界斷層，根據三維地震勘探資料，DF18-1正斷層傾向90°、傾角70°，斷層最大落差45 m，探測區域預計斷層落差40 m。該斷層落差較大，對六采區及十八采區采掘活動均有一定影響。

該區域直接充水水源為頂底板砂巖裂隙水，砂巖裂隙水以靜儲量為主，富水性弱。根據六采區已掘巷道情況，巷道掘進期間局部頂板裂隙發育處巷道淋水較大，經一段時間疏放后淋水逐漸變小。工作面間接充水水源為太原組上段灰巖裂隙承壓水。太原組上段灰巖含水層滲透系數為0.39～1.67 m/d，水質類型為SO4-Na型，礦化度為2.128～2.404 g/L。二2煤下距太原組上段L11灰巖48.65 m、L10灰巖58.2 m、L9灰巖68.9 m、L8灰巖76.3 m。L11灰巖平均厚2.29 m，L10灰巖平均厚4.25 m，L9灰巖平均厚4.3 m，L8灰巖平均厚12.6 m。根據臨近水文觀測孔觀測資料及六采區災害治理措施巷內底板注漿改造鉆孔實際揭露資料，本區太原組上段灰巖含水層水位標高-50.4 m，二2煤層底板標高-535～-625 m，六采區二2煤層底板隔水層承受的水壓為5.75～6.65 MPa。

3 設計目的

根據三維地震勘探資料，巷道前方發育落差約40 m的DF18-1正斷層。為指導六采區工作面布置及下一步十八采區開拓巷道掘進，需在北翼-640東翼軌道巷停掘位置（設計鉆場中心6DG9點前7.3 m）設立探測鉆場對DF18-1正斷層發育情況及導水性進行探測，確保該區域巷道正常掘進。

4 鉆探設計

4.1 施工位置

本次探測設計鉆場中心位于北翼-640東翼運輸巷6DG9點前7.3 m，該鉆場底板標高約為-610.1 m。

4.2 設計原則

本次探測共設計6個鉆孔，根據該區域太原組上段灰巖含水層水位標高，探測區鉆場水頭壓力為5.6 MPa。根據DF18-1正斷層下盤留設防隔水煤柱寬度44 m位置確定斷層下盤防隔水煤柱邊界為探水線位置（6DG9點前20.4 m），探水線外推30 m為警戒線位置（6DG9后退13.7 m），設計鉆孔超前距不低于30 m，幫距控制不低于30 m，套管設計深度22 m，鉆孔設計標準滿足《煤礦防治水細則》要求。

按照設計施工探測DF18-1正斷層位置及落差的鉆孔，根據探測情況再優化鉆孔設計，根據鉆孔出水情況判斷是否存在導水通道，補加設計加固斷層鉆孔。

4.3 鉆孔結構

設計鉆孔開孔深度超過下入套管深度2 m后，下入二級套管（Φ127 mm/Φ108 mm），套管長度嚴格按照設計要求下入，并固結套管，套管試壓（試壓壓力不低于12 MPa）合格后，方可鉆進，鉆孔終孔直徑為89 mm。

4.4 鉆孔施工順序及設計參數

按照鉆孔設計施工順序依次進行施工，鉆孔設計參數如圖1。

圖1 北翼-640東翼運輸巷鉆孔設計圖

5 探測鉆孔施工情況

T1孔按設計開孔施工后，下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深100 m，全巖，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.75 t，注漿終壓12 MPa。根據探測情況，DF18-1正斷層與預計斷層發育情況有一定偏差。按設計施工T2孔，下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深136 m，60～60.5 m半煤巖，128～134 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.95 t，注漿終壓12 MPa。根據探測煤層情況，補加施工T2-1孔開孔施工，下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深為105 m，94～100 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.9 t，注漿終壓12 MPa。根據探測煤層情況，補加施工T2-2孔開孔施工，下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深39 m，33～37.5 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.5 t，注漿終壓12 MPa。斷層上、下盤二2煤層已基本掌握，為進一步確定斷層面位置補加T2-3孔開孔施工，下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.1 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深51 m，38～46 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.5 t，注漿終壓12 MPa。根據該孔見煤巖情況巷道前方斷層位置已基本掌握。根據以上鉆孔探測情況，變更T3孔設計開孔施工，下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.2 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深45 m，32～37 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.5 t，注漿終壓12 MPa。按設計施工T4孔，下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深113 m，93～99 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥1.0 t，注漿終壓12 MPa。為掌握斷層情況補加T3-1孔，開孔施工下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.1 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深46 m，36～39 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.4 t，注漿終壓12 MPa。根據探測掌握斷層情況，變更T5孔設計開孔施工，下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深102 m，全巖，在施工至46 m位置塌孔，預計鉆孔碰到DF18-1正斷層斷層帶，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.7 t，注漿終壓12 MPa。補加T5-1孔，開孔施工下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深60 m，46～55 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.65 t，注漿終壓12 MPa。根據探測斷層發育情況，為進一步控制右側區域，指導下一步巷道布置，補加T5-2孔，開孔施工下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深140 m，55.5～61 m煤，131～134 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥1.05 t，注漿終壓12 MPa。根據以上探測鉆孔探測斷層情況，為控制外側范圍，變更T6孔設計開孔施工，下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深83 m，全巖，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.75 t，注漿終壓12 MPa。為進一步控制斷層在左側的延展方向，補加T6-1孔，按設計施工下入Φ127 mm套管2 m、Φ108 mm套管22 m，加固套管共用水泥0.15 t，透孔并進行清水耐壓試驗合格后進行正常鉆進，施工孔深52 m，44～49 m煤，無出水現象，終孔，封孔注漿共用水泥0.6 t，注漿終壓12 MPa。

根據以上鉆孔施工情況，探測區域DF18-1正斷層發育情況已掌握清楚，所施工鉆孔均未出現出水現象，鉆孔注漿封孔質量合格，本次探測已達到了設計目的。探測鉆孔的施工情況如圖2。

圖2 北翼-640東翼運輸巷鉆孔實鉆平面圖

圖3 北翼-640東翼運輸巷鉆孔實鉆剖面圖

6 施工效果評價

根據本次探測所施工的鉆孔見煤巖情況及揭露水文地質情況分析，結合探測斷層主要見煤孔測斜資料，探測區域DF18-1正斷層發育落差約31 m，斷層附近煤巖層受斷層牽引影響較大，斷層走向與三維地震勘探資料基本吻合，斷層發育位置與三維地震勘探出入較大，斷層發育位置向六采區方向偏移23～25 m。探測鉆孔施工期間均未出現出水等異常情況，所施工鉆孔封孔注漿量較小，可注性差，說明該區域不存在受斷層影響連通含水層的導水通道發育，該斷層在探測區域不具有導水性。結合該區域巷道施工計劃，探測施工成果能夠保證探測區域開拓巷道過斷層期間的安全掘進。

7 結語

（1）通過鉆探的方法，準確地探測出DF18-1正斷層的發育情況，同時探測出該區域斷層不導水，為下一步礦井采掘生產提供了有力的數據支撐。

（2）該方案施工組織簡單，工程量較少，能準確地探測出大型地質構造，具有很高的價值。