井下斷層定點探治消除礦井重大隱患的應用研究

韓久方

摘 要：FS4斷層為礦井西總回風大巷（標高-677.9m～683m）北部與-682m水倉（-688.9m～-724.3m）南部之間，根據最新規定，該處兩條巷道均進入安全防隔水煤（巖）柱內，根據2020年4號令《煤礦重大事故隱患排查判定標準》文件，不符合規定，存在突水危險，現須對FS4斷層進行探查，探明后對其斷層進行專項注漿加固，確保礦井安全。

關鍵詞：注漿;井下斷層 ;項目施工

引言：首先對煤炭井下斷層給煤炭開采帶來的影響進行了簡要分析， 并結合實例詳細探討了煤礦井下斷層區域采煤質量控制措施。

1FS4 斷層概況

FS4斷層位于礦井北部，該斷層傾向164°，傾角65°，落差5～13m。南鄰西總回風大巷，北鄰-682m水倉。

2項目實施地點

探查治理鉆場設在-682m主排水泵房通道，該巷道位于二1煤層上部，距二1煤層頂板15.9m，鉆場設置在-682m主排水泵房向外（東南） 21m附近，鉆場所在巷道頂板標高-677.9m，鉆場高3.1m。

3水文地質情況

3.1主要含水層

①L8灰巖含水層：L8灰巖平均厚8m，上距二1煤層23～26m，上距-682m 主排水泵房通道42～45m，目前水位-253.23m。②L2灰巖含水層，L2 灰巖平均厚12m，上距二1煤層93～95m，上距-682m主排水泵房通道112～114m，目前水位-88.54m。③O2灰巖含水層，O2灰巖平均厚度大于400m，上距二1煤層約131.63m，上距-682m

3.2突水系數

斷層附近巷道底板至L8灰巖含水層間的隔水層平均厚度約45m，水壓3.3MPa，突水系數0.07MPa/m;巷道底板至L2灰巖含水層間的隔水層平均厚度約114m，水壓8.4MPa，突水系數0.07MPa/m;巷道底板至O2灰巖含水層150.6m，水壓8.6MPa，突水系數0.05MPa/m。

3.3突水性分析

① L8灰巖含水層隔水層厚度評均為26m，安全隔水層厚度為13m，西總回風大巷、-682m水倉受L8灰巖水影響。②.L2灰巖含水層隔水層厚度為94m，安全隔水層厚度為21m，西總回風大巷、-682m水倉受L8灰巖水影響。

4井下探查治理方案

4.1突水威脅層位分析

巷道底板至L8灰巖含水層間的隔水層平均厚度約45m，水壓3.3MPa， 突水系數0.07MPa/m;巷道底板至L2灰巖含水層間的隔水層平均厚度約114m，水壓8.4MPa，突水系數0.07MPa/m，斷層破碎帶附近突水系數超過0.06MPa/m，該區域西總回風大巷、-682m水倉底板L8、L2灰巖含水層存在突水危險。

4.2井下斷層水害治理工程布置

鑒于FS4斷層探查施工難度和工時，采用井下探查及注漿加固治理技術，重點查明斷層附近底板L8灰巖含水層的富水狀況及構造發育情況，在井下施工長距離定向鉆孔對井下斷層破碎地段、導含水地段及L8、L2灰巖含水層進行注漿加固，通過鉆孔注漿來充填斷層破碎帶底板灰巖含水層的巖溶裂隙和導水裂隙，從而減弱含水層的富水性并切斷水源補給通道，使受注含水層變為隔水層或弱含水層，同時增強底板隔水層的強度，降低水害威脅程度。（1）鉆孔布置。該工程共設計15個鉆孔，進尺3115.5m， 采取由井下-682m主排水泵房通道設置鉆場進行實施。（2）鉆孔結構及要求。斷層探查鉆孔采用φ153mm鉆具開孔，鉆進過一級套管孔深，下φ146mm套管。用φ133mm無芯鉆頭鉆進過二級套管孔深，下入φ127mm套管。在下設三級套管時采用φ113mm無芯鉆頭鉆進過三級套管孔深，下入φ108mm套管。

4.3技術要求

（1）鉆孔施工技術要求。①鉆場施工前1天通知地測科到鉆場放方位線。施工鉆孔方位角誤差不大于1°、傾角誤差不大于0.5°。②根據O2、L2 灰巖含水層水壓進行風險辨識，制定專項安全措施。③終孔深度以過標志層后計算終孔層位為準。（2）注漿固管要求。①當鉆孔孔深達到要求時下入一級套管，固管采用水泥、水玻璃混合的雙液漿;一級套管要求凝固8小時后，透孔出一級套管深度0.3～0.5m方可進行耐壓試驗，試驗壓力為10MPa，持續30min，套管不活動、不漏水方可定為一級套管試壓合格， 允許繼續鉆進。當鉆進至二級套管孔深且孔內無水時再下入二級套管;二級管固管必須使用P·O 42.5的普通硅酸鹽（單液）水泥漿，要求凝固24小時后，透孔出二級套管深度0.3～0.5m方可進行耐壓試驗，壓力為15MPa、持續30min視為試壓合格。（3）鉆孔注漿要求。①注漿前提：當鉆孔鉆進過程中孔內涌水量大于10m3/h時必須停鉆注漿，鉆孔終孔后需進行注漿; 當鉆孔在下設二級套管前出水超過2m3/h，必須進行預注漿。②注漿方式：采用地面注漿和井下注漿相結合的注漿方式，如果鉆孔地面注漿注不進，可以考慮使用井下注漿泵進行注漿。

4.4封孔要求

①鉆孔終孔注漿結束后至少透孔一次，以便檢驗注漿效果，鉆孔透孔后水量不大于0.5m3/h，方可進行封孔。鉆孔滿足封孔條件后，應在24小時內完成封孔。②若透孔后鉆孔水量≤0.1m3/h時，可采用下鉆桿返漿封孔工藝，將鉆桿下到距孔底不超過1m處，向鉆桿內壓入水灰質量比為1：1.48 的純水泥漿，孔口返漿后，上提鉆桿30～40m，繼續向鉆桿內壓入同比例純水泥漿;如此反復，直至將鉆桿全部取出，漿液充滿鉆孔，蓋上注漿悶蓋，繼續向孔內壓漿至設計壓力15MPa，并保持10min以上，方可停止壓漿。③封孔結束24小時后，拆下孔口悶蓋，對封孔質量進行檢查。孔口充滿水泥、無滴漏現象，視為封孔合格;否則須重新透孔、封孔。

4.5安全技術及其它要求

（1）鉆場施工時應打設錨桿對鉆機進行固定。（2）必須安裝防噴裝置，高壓閘閥和反壓裝置，保證施工安全。（3）鉆場內必須有配套齊全的消防器材，防止打鉆過程中，發生明火等災害事故時，能及時處理。（4） 做好鉆探施工原始記錄，鉆進至標志層時應及時收集巖粉并做好判斷、分析工作。（5）探斷層鉆孔均要在預計斷層位置前5m開始取芯鉆進，且取芯率符合要求。不能取芯鉆進的取得地測科同意后跟班隊長或技術員現場跟班進行巖屑判層。（6）鉆場附近必須安設專用電話。（7）排水設備：鉆場泵坑內安裝排量不小于50m3/h的排水泵。排水路線：鉆場→泵坑→-682m主排水泵房通道→排水聯絡巷水溝→泵坑→-682m水倉。（8）在施工過程中，必須制定措施防范瓦斯超限。若鉆進過程中出現瓦斯異常，應加強通風，將孔內涌出的瓦斯排凈后方可鉆進，若鉆孔涌出瓦斯量較大，不能用通風的方法處理時，應立即采取抽采瓦斯的措施。（9）工程施工完畢后3日內，向地測科提交鉆孔施工單孔總結和工程總結。

5施工成果分析

井下斷層探查工程施工情況：本工程施工采用測斜儀器測斜，同時現場技術員以上人員進行關鍵層位判層站位，確保判斷地層巖性的準確率，同時由現場施工人員通過人工、鉆壓、化學實驗對每2m打撈的巖屑進行判斷。

結束語：

綜上所述，采用井下治理模式后，目前井下FS4斷層探查治理節省420 天，節省資金337.92萬元，為礦井、集團創造更加可觀的盈利，且今后帶來效益巨大，無法預估。

參考文獻：

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