麻家梁矿4-#层14104-1工作面涌水探查与治理_罗刚.pdf

1背景介绍14104-1工作面走向1 500 m，倾向222.57 m，平均煤厚9.80 m，可采储量4.58 Mt。工作面采掘过程中揭露纵横交错断层10余条。面外西部存在1条由地面三维地震控制的落差40 m正断层。该工作面隔水层平均厚度110 m，煤层底板受奥陶系灰岩承压水最大水压4.81 MPa,涌水系数0.044 MPa/m。14104-1工作面回采至730 m时采空区涌水异常增大，涌水主要通过106#107#支架之间与85#86#支架之间涌出，最大涌水量达270 m3/h，工作面示意图及涌水位置，如图1所示。严重威胁该工作面继续安全回采，需立即停采开展相关治理工程。图114104-1工作面示意图及涌水点位置2探查工程2.1物探探查14104-1工作面回采前进行工作面底板音频电透视及槽波探测。槽波探测显示工作面内部有8个异常区，如图2所示，异常区主要集中在目前停采线右侧，与工作面回采揭露小断层集中区域吻合；音频电透显示底板有4个异常区，如图3所示，异常区主要集中在工作面回风巷周边，位于目前停采线两侧，且停采线右侧异常区与目前涌水区域比较接近。图2槽波物探综合异常区图3音频电透视物探综合异常区2.2钻探探查根据工作面涌水情况分析，涌水区域位于工作第42卷第03期2023年03月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.03Mar.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.03.038麻家梁矿 4#层 14104-1 工作面涌水探查与治理罗刚，谢冰，王敏（晋能控股煤业集团 地测勘探公司，山西 大同037000）摘要：针对麻家梁矿水文地质条件复杂,工作面底板发生异常涌水的问题,通过对工作面已知区域水文地质条件进行分析,采用物探,钻探综合探查方法,查明工作面底板涌水水源及导水通道,并通过采用多分支水平定向钻探工艺,采用高压水泥注浆的方式进行底板注浆加固,解除奥灰水对工作面开采的水害威胁。关键词：定向钻孔；探查；注浆；堵水中图分类号：TD745文献标志码：A文章编号：1008 8725（2023）03 200 04Exploration and Treatment of Gushing Water in 14104-1 Working Faceof Layer No.4 in Majialiang MineLUO Gang，XIE Bing，WAGN Min（Gedogical Exploration Company,Jinneng Holding Coal Industry Group，Datong 037000，China）Abstract:In view of the complicated hydrogeological conditions of the working face and the abnormalwater gushing at the bottom plate of Majialiang mine,by analyzing the known regional hydrogeologicalconditions of the working face,comprehensive geophysical prospecting and drilling are used to find outthe water source and water guide channel of the bottom plate of the working face,and through multi-branch horizontal directional drilling process and high pressure cement grouting,so as to remove thethreat of Ordovician limestone water to the mining of the working face.Key words:directional borehole；exploration；grouting；water plugging北北14104-1运输巷14104-1回风巷85#-86#支架涌水点H=40 m7014104-1涌水点H=7.10 m50H=1.30 m45H=2.30 m50H=1.00 m80H=8.0 m60H=1.8 m55H=1.2 m40H=1.8 m75106#-107#支架涌水点断层H=0.55 m50H=2.00 m60H=8.2 m80H=2.00 m6514104-1运输巷H=40 m7014104-1回风巷H=7.10 m50H=8.00 m60H=1.80 m75H=0.55 m50H=1.80 m5514104-1槽波异常区断层H=8.2 m80H=1.00 m80H=1.30 m45FD1 H=2.00 m60H=1.00 m40YC-8YC-7YC-2YC-1YC-4YC-5YC-6YC-3H=2.30 m50H=2.00 m6514104-1运输巷1 00014104-1回风巷900800700600500400300200工作面长度/m100工作面宽度/m底板040 m1002001002001 0008007006005004003002001009001 0008007006005004003002001009001 0008007006005004003002001009001 000800700600500400300200100底板4080 m底板80100 m10020010020010020010020010020014104-1工作面1002001410414104200第42卷第03期Vol.42 No.03麻家梁矿4#层14104-1工作面涌水探查与治理罗刚，等面停采位置后方，周期来压步距内，4煤层周期来压步距为2040 m。因此，本次探查治理钻探布置在工作面后方30 m位置。在地面施工2个探查钻孔，探查出水区域顶板松散层含水层水位、奥灰含水层水位以及工作面回采顶板导水裂隙带高度是否波及到松散层，以便确定涌水水源。其次，探查钻孔同样作为注浆孔使用，对导水通道进行注浆封堵。2个探查钻孔分别布置在14104-1回风巷两侧，距巷道中心线30 m，均采用定向钻机施工定向钻孔。钻孔布置如图4、图5所示。图4钻孔布置平面图图5钻孔布置剖面图2.3水源分析TC1，TC2施工至300 m（松散层底部）测水位，与周边松散层长观孔对比，水位无明显降低异常，且松散层底部基岩层完整，未见漏失，基本排除松散层水源。TC1继续施工，钻进至奥灰地层后，测得奥灰水位1 148 m，低于周边正常奥灰观测孔水位7 m。综合涌水区域松散层水位、奥灰水位及注浆情况，确定本次14104-1工作面涌水水源为奥灰水。2.4涌水通道判定根据14104-1工作面回采期间揭露构造情况来看，涌水区域揭露多条纵横交错发育的小断层。其次，工作面外西部存在1条由地面三维地震控制的落差40 m正断层，如图6所示。图6工作面涌水区域构造发育及物探成果图另外，TC1-1#钻孔在奥灰地层顶界面下151 m进行注浆治理过程中，井下工作面出现跑浆现象，说明工作面与奥灰含水层之间存在导水通道。但是进行细沙灌注则无法实现，说明导水通道较小，如图7所示。图7TC1-1钻孔平面漏水点图综合14104-1工作面水文地质条件、异常涌水情况及探查治理工程施工期间钻探和注浆情况分析，本次异常涌水涌水通道为断层裂隙带。3注浆治理工程根据前期探查成果，利用TC1探查孔开分支孔向工作面底板造斜，进一步进行注浆治理；TC1-1分支孔向工作面内部底板构造区域注浆治理；TC1-2分支孔针对底板超前物探异常区进行探查治理；TC1-3分支孔设计在未来回采区域前方下部进行注浆加固；利用TC2探查孔对底板音频电透视物探异常区采空区进行探查注浆治理。3.1钻孔布置（1）TC1钻孔位于采空区外部，施工至奥灰含水层顶界面下垂深150 m位置，进行定向分支孔施工，探查涌水通道位置并进行注浆治理。TC1钻孔结构如下：一开直孔段，孔径311 mm，钻进至300 m北北14104-1运输巷14104-1回风巷85#-86#支架涌水点TC2106#-107#支架涌水点DF9H=40 m70停采位置19 624 421.7234 338 525.037一开300 m，至松散层底部下244.5 mm套管300 m一级套管底部4#煤涌水点地面定向钻孔19 624 364.0854 338 508.316TC1TC2TC1H=2.7 m55H=8.0 m70底板破坏带14104-1工作面二级套管底部松散层导水裂隙带一级套管底部9#煤一开300 m，至松散层底部下244.5 mm套管299.8 m奥灰TC1钻孔轨迹二级套管底部TC2钻孔轨迹TC1-3钻孔轨迹漏失点进尺867 m进入奥灰垂深122 m进尺911 m进入奥灰垂深154 mTC1-1钻孔轨迹漏失点进尺881 m进入奥灰垂深151 m进尺760 m进入奥灰垂深150 m14104-1运输巷14104-1回风巷TC2TC1TC1地面定向钻孔断层进尺：831 m14104-1漏失点H=10 m50H=1.30 m45H=1.00 m80H=2.30 mH=0.55 m50H=2.00 m60H=1.80 m75H=1.80 m55H=1.20 m4014104-1运输巷14104-1回风巷YC-7槽波异常区14104-1H=40 m70H=2.30 m50H=7.10 m50H=1.80 m75H=1.80 m55H=1.20 m40H=1.00 m80H=2.00 m60H=1.30 m45H=0.55 m50断层YC-8YC-5YC-3YC-1YC-6YC-2YC-485#-86#支架涌水点106#-107#支架涌水点201（松散层下部20 m），下入244.5 mm8.94 mm一级套管299.8 m，水泥固井。二开直孔段，300 m至9煤底板下20 m，孔径216 mm，下入177.8 mm8.05 mm二级套管，水泥固井。三开定向段，孔径152 mm，至奥灰地层顶界面下150 m，对奥灰含水层涌水通道进行封堵，如图8所示。图8TC1钻孔结构图（2）TC2钻孔位于采空区内部涌水区域，施工至采空区垮落带进行灌注骨料填充，对采空区突水口进行封盖，起到降低涌水流速、减少浆液流失、保护液压支架的作用。然后施工至采空区下部对隔水层内导水通道进行注浆治理，并施工分支孔。TC2钻孔结构如下：一开直孔段，孔径311 mm，钻进至松散层底界面，测量松散层水位。下入244.5 mm8.94 mm一级套管300 m。二开直孔段，300 m至14104-1工作面采空区，孔径216 mm，注骨料及水泥浆对采空区涌水区域进行填充及加固。然后继续施工至9#煤层底板20 m，下入177.8 mm8.05 mm二级套管，水泥固井。三开定向段，孔径152 mm，至奥灰地层顶界面下100 m。钻探过程中采用分段下行法注浆，对涌水通道进行封堵，如图9所示。3.2钻孔轨迹工程施工过程中，根据钻孔注浆及井下涌水点水量减少情况，逐步进行钻孔轨迹优化设计。最终设计钻孔轨迹如下：TC1钻孔主孔垂直施工至奥灰含水层150 m，后施工分支钻孔，共设计3个分支孔TC1-1、TC1-2及TC1-3；TC2钻孔对采空区进行注骨料和水泥浆填充加固后，通过采空区施工至奥灰含水层，对涌水区域底板隔水层内导水通道进行加固治理。TC1、TC1-1和TC2钻孔施工为探查涌水水源并尽快减少井下工作面涌水量。TC1-2、TC1-3钻孔施工目的是探查工作面前方底板是否存在导水通道，并对其进行治理，掩护工作面继续回采。其中TC1-2、TC1-3钻孔轨迹布置在14104-1工作面底板音频电透视异常区范围内，对物探异常区进行探查验证。钻孔注浆轨迹平面图，如图10所示。图9TC2钻孔结构图图10钻孔注浆轨迹平面布置图3.