灰岩含水层地面区域水害治理技术研究

灰岩含水层地面区域水害治理技术研究摘要：九里山矿16采区西翼因L。灰岩含水层存在水害风险，采用地面区域治理方案，通过布置主孔和分支顺层孔进行注浆加固用钻孔设计考虑地层倾角、采煤塌陷等因素.注浆材料为复合散装硅酸盐水泥和黏土用治理工程经验收合格，有效提高二，煤层底板与L灰岩之间隔水层抗压强度，杜绝水害，提高巷道掘进效率用1工程概况九里山矿16采区为矿井一水平西翼下山采区开主采山西组二，煤用16采区西翼北邻1606运输底抽巷东至16采区下山保安煤柱西抵演马庄矿与矿井井田边界防隔水煤(岩)柱开南至1614回风底抽巷用治理区域所在区域地面标高+85.9～+89.1m二，煤层顶板标高-410～-320m用采区西翼区域地层整体呈单斜构造岩层倾向约126°开倾角11～15°开平均13°#根据三维地震勘探结果及采区生产期间实揭地质资料该采区共存在断层26条其中井巷实揭断层23条用三维地震勘探断层2条预计揭露断层1条均为高角度正断层该区域地质构造复杂程度为中等用根据采区所在区域岩性、水力性质、孔隙特征和富水程度区内自下而上存在o₂灰岩岩溶裂隙含水层、L2灰岩岩溶裂隙含水层、L。灰岩岩溶裂隙含水层、二叠系砂岩孔隙裂隙含水层、基岩风化裂隙带含水层和新近系、第四系冲洪积孔隙含水层用目前采区生产主要受二，煤层底板L。灰岩、L2灰岩和o₂岩溶裂隙含水层威胁用L。灰岩含水层为二，煤层底板直接充水含水层岩溶裂隙发育不均开其富水性极不均一开虽总体富水性较弱但局部富水性极强开且导水性强用该含水层水位在-392～-222m开对局部采掘活动影响较大2.1.1治理目标层根据16采区西翼水文地质条件主要充水含水层为L灰岩含水层本次治理目的层为L灰岩厚度6m开上距二，煤底板21m#近三年L。灰岩含水层水位最高底板存在突水危险用根据《煤矿防治水细则》有关要求布孔采用主孔和分支顺层孔的方式开一个主孔原则上布置多个分支孔开分支顺层孔呈“条带”状布置分支顺层孔间距55m#根据九里山矿生产接替计划及现有采掘工作面布置情况本次治理范围拟选定在16采区西翼设计2个主孔(注1孔、注2孔)27个分支孔开各主孔位置选择既要考虑地层倾角又要考虑采煤塌陷影响钻机、钻孔安全还要考虑节省成本、钻机设备、地面建筑物、高压线路位置开注浆材料运输路线畅通经多次讨论和现场踏勘确定主孔地面位置注1孔位于西仓上村008县道西侧124m注2孔位于西仓上村008县道东侧268m用 方案设计2个注浆主钻孔(注1、注2)开直孔段150～173m开造斜段386～454m开分支孔顺层段长度96～829m开预计总钻探工程量13655m开安排两部ZJ-30钻机同时施工用主孔在冲积层中先进行直孔段施工(由于表土层较厚可考虑表土段进行造斜)开经倾角钻进至终孔开经过分支孔施工形成对该工程治理范围内二，煤层底板L,灰岩全覆盖加固开预计钻孔深度最大为1433m用主孔经过直孔段、造斜段的施工钻孔顶角由o变为82~90°开使钻孔与L。灰岩含水层倾角相近用达到钻孔在L,灰岩含水层内顺层钻进的目的1用靶前距)为235m开注2孔开孔位置到进入L。灰岩时的造斜率为5~9°/30m用钻孔轨迹如图1所示在施工过程中钻孔轨迹控制坐标根据现场情况确定2.2施工技术要求2.2.1钻孔结构及固孔要求钻孔采用下入两级套管三级孔径施工结构用各直孔段顺层段级套管均用纯水泥浆进行固管开一级套管试耐压4MPa二级套管试耐压10MPa(地面孔口压力)开结构如图2所示曲二开Φ215.9mm顺层段Φ152.4mm一开孔径φ311.1mm下入φ244.5mm8.94mm套管一级套管隔离冲积层下入稳定基岩不小于10m(套管末端尽可能避开泥岩层)开并用单液水泥浆固管水泥凝固后扫孔到原孔深下0.3～0.5m处做耐压试验套管试耐压不小于4MPa(地面孔口压力)开并稳压30min以上用二开孔径φ215.9mm下入φ177.8mm8.05mm套管开下至L₈灰岩(套管末端必须下入L₈灰岩)开并用单液水泥浆固管开水泥凝固后扫孔到原孔深下耐压10MPa地面孔口压力)钻具组合如表1所示井眼直径(mm)φ311.1mm钻头+Φ159m钻铤+φ127mm钻杆(定向时加装φ172mm螺杆)φ215.9mm钻头+φ172mm螺杆钻具+φ159mφ89mm钻杆φ152.4mm钻头+φ120mm螺杆钻具+φ120mm①直井段严格执行表层防斜打直措施用控制钻压使用钻井液严格按设计的性能配制钻进中减少泵压波动防止漏失用一开钻进中一旦发生井漏应立即堵漏防②造斜段根据造斜点处的位移情况开确定钻进工具面和实钻造斜点位置造斜前必须根据造斜点垂深及位移修正设计剖面确定定向方位用随时对比分析实钻井眼轨迹与设计轨迹的偏差预测下步井段所需的造斜率开如发现螺杆造斜率达不到设计要求开起钻更换螺杆钻具加强地质导向工作开严格控制轨迹开保证准确入靶用勤活动钻具防止卡钻用正确操作动力钻具使其工作正常钻进中不得大幅度调整泥浆性能配泥浆时必须向定向井工程师提前说明开利于判断泵压的变化环'21#对下井钻具要认真检查维护现场探伤有损坏及时更换用泥浆要有良好的润滑性设置好固控设备开使泥浆充分净化降低含砂量保证仪器工作正常开发现地层变化大或入窗困难及时调整用对于动力钻具钻的井眼要用转盘钻修正井眼清扫岩屑用③顺层段下钻必须对动力钻具钻过的井段按要求划眼杜绝定点长时间循环用顺层段根据入靶井眼轨迹的实钻情况顺应地层倾角变化井斜符合地质导向要求以复合钻进为主选择合理的钻具组合和钻井参数必要时加密测斜采用滑动钻进及时调整轨迹保证井眼轨迹在窗体范围内沿设计方向钻进顺层段要勤划眼开每个单根打完划眼1～2次，根据现场情况进行短起下钻。钻进期间，如果泵压较高，及时调配钻井液携带井底岩屑，同时润滑井壁，降低钻进摩阻。根据孔深情况，确定加重钻杆位置。对钻具要认真检查维护，现场探伤有损坏及时更换。所有地面区域治理主孔及分支钻孔穿过含水层时要求进行简易水文地质观测。钻进过程中，如遇冲洗液明显消耗或掉钻、埋钻时，应准确记录深度、层位及根据工程需要采取无芯钻进工艺，但要做好判层工作，利用“Y测井仪”和上返岩屑与盐酸反应强弱进行地层确定，保证L₈灰岩层位准确性。钻探进入目的层后，至少每2m取一次岩粉，判别岩性并编号。施工主孔段期间，要控制好井斜，发现超偏时要及时采取措施纠偏，为后期下设套管和钻探施工创造条件。钻孔严格按照设计施工，在顺层段钻进过程中，目标层钻遇率不小于80%若地层层位及构造已经探查清楚，目标层钻遇率不小于90%,且偏离目标层垂距不得大于5m,顺层段轨迹偏离平面设计位置不得大于5m以最小距离重新进入L灰岩。采用自然伽马(正常灰岩段15～35、钻压(正常灰岩段2～20t、钻井液压差(正常灰岩段0～2MPa)、扭矩(正常灰岩段<10kN等参数以及岩屑鉴定等综合手段判定、控制目标层位。二1煤层底板为加固目标层。在井下工作面对应的地面布置主孔，从冲积层一定深度开始造斜进入L灰岩含水注浆材料选择为复合散装硅酸盐水泥和黏土材料。注黏土水泥浆时，黏土添加比例不少于70%如遇井下漏浆或其他特殊情况需采用纯水泥注浆时，可不按此比例执行)。固料混合前做好黏土除砂工作，黏土精浆含砂率≤1%。主孔段一开、二开完成后分别下入套管，用单液水泥浆固管，如需对F₂π断层注浆加固，根据施工情况确定使用单液水泥浆或黏土水泥浆钻孔注浆前进行压水试验，压水期间，压力达到0.5MPa的压入量作为钻孔漏失量。注浆前要记录钻孔深度、漏失量、水位等数据，并做压水试验。先向孔内压注清水30min以上且压水量不得小于钻孔体积，根据吸水量确定浆液配比，浆液应采取先稀后浓再稀，一般浆液比重控制在1.15~1.5之间，并遵照“能注尽等情况确定初始浆液比重及泵量，如遇长期注浆不上压，可适当提高浆液比重或泵量。在钻探施工过程中，以探查导水通道为主，注浆采用分段下行式(前进式),在钻遇断层带及L₈灰岩含水层顺层段钻进过程中，如果钻进过程中遇钻井液漏失(漏失量≥10mh)或顺层液位等数据。注浆结束标准：根据《煤矿防治水细则》,注浆终止压力不小于受注含水层最大静水压力的1.5倍。注浆终止压力为10MPa(地面孔口压力),结束泵量35～60Lmin,维持时间为30min以上。16采区西翼L灰岩含水层地面区域水害治理工焦煤能源有限公司九里山矿16采区西翼地面区域水害治理工程设计》要求，工程质量合格，对施工区域内L8灰岩含水层进行注浆加固，基本探明施工区域内地质构造发育情况，验证了注浆封堵和加固效果。通过对治理区域1608底抽巷、1610中间及切眼底抽巷、1610底抽巷、1612中间及切眼底抽巷、部分18采区下山巷道实施地面区域水害治理，将L₈灰岩含水层改造成弱含水层或隔水层，提高治理区域二1煤层底板与L灰岩之间隔水层抗压强度，杜绝水害。解决矿井井