陈四楼煤矿底板注浆改造钻孔偏斜及防治技术研究_马广兴.pdf

第42卷第02期2023年02月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.02Feb.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.02.0370前言陈四楼煤矿是永煤集团于1997年投产的矿井，处于隐伏永城复式背斜的西翼，水文地质条件相对比较复杂，主要受底板太原组灰岩高承压水害影响，特别是南翼部分工作面在回采过程中发生过不同程度的突水，说明矿井目前的水害治理技术存在问题，需要查找技术路线的不足之处。随着矿井开采深度的不断延伸，底板太原组灰岩高承压含水层的水压不断增高，水文地质条件更加复杂，采掘工作面底板受太原组灰岩水的威胁更加严重。1井田概况工作面直接充水水源是煤层顶、底板砂岩裂隙水，主要是静储量为主，一般在巷道掘进期间已对其进行了疏放，工作面回采期间多以顶板淋水和底板裂隙渗水的形式为主，对回采影响较小。太原组上段灰岩含水层是工作面间接充水水源，为矿井主要的水害影响。根据地面勘探钻孔及井下钻探实际揭露岩性资料分析，太原组上段主要为L11灰岩到L8灰岩含水层，距二2煤间距及平均厚度，如表1所示。表1陈四楼煤矿太原组上段灰岩含水层情况表井田范围内水压基本在1.57.0 MPa，隔水层平均厚度50 m，突水系数达到了0.030.14 MPa/m，虽然岩溶、裂隙发育不均一，基本为富水性中等的陈四楼煤矿底板注浆改造钻孔偏斜及防治技术研究*马广兴，段李宏，高俊（永城永安矿山安全技术工程有限公司，河南 永城476600）摘要：为了提高矿井水害防治技术，在总结陈四楼煤矿多年底板注浆技术的基础上，通过对地面勘探钻孔、井下底板注浆改造钻孔进行偏斜规律统计分析，结果表明，注浆孔垂向倾角和终孔点垂深误差最大，注浆孔揭露灰岩层位多数延伸至L6L7灰岩含水层，“过度”注浆影响了降底整体注浆效果，增加了水害治理成本。为了有效控制陈四楼煤矿底板注浆恶化形势，提出了L11L10灰岩含水层底板为“主要改造层”的层位控制及控制底板注浆孔孔斜的措施，为矿井下一步水害防治技术提供了依据，指导矿井安全生产。关键词：水害防治；底板注浆；钻孔偏斜；层位控制中图分类号：TD745文献标志码：A文章编号：1008 8725（2023）02 158 05Study on Borehole Deflection and Prevention Technology of GroutingTransformation of Floor in Chensilou Coal MineMA Guangxing，DUAN Lihong，GAO Jun（Yongcheng Yongan Mine Safety Technology Engineering Co.,Ltd.,Yongcheng 476600,China)Abstract:In order to improve the mine water disaster prevention and control technology,through thesummary of floor grouting technology in Chensilou coal mine for many years,and through the analysisof the deviation law of surface exploration drilling and underground floor grouting transformationdrilling,the results show that the vertical inclination of grouting hole and the vertical depth of finalhole point have the largest error,and most of the limestone layers exposed by grouting hole extend toL6-L7limestone aquifer,excessive grouting affects the overall grouting effect of bottom lowering andincreases the cost of water disaster control.In order to effectively control the deterioration of floorgrouting in Chensilou coal mine,the horizon control of L11to L10limestone aquifer floor as the maintransformation layer and the measures to control the inclination of floor grouting holes are put forward,which provides a basis for the next water disaster prevention technology of the mine and guides the safeproduction of the mine.Key words:water disaster prevention and control；grouting transformation of floor；borehole deflection；horizon control*国家自然科学基金资助项目（U1710253）含水层编号L11灰岩含水层L10灰岩含水层L9灰岩含水层L8灰岩含水层上距二2煤层间距/m50657785平均厚度/m1.155.02.912.0158含水层，但受断层、褶曲等构造影响、突水系数超过0.10 MPa/m的区域，可能造成局部区域太原组上段灰岩含水层富水性强，煤层底板裂隙发育，容易发生突水事故。2矿井水害防治技术现状陈四楼煤矿从2002年开始进行底板注浆技术应用，施工了底板注浆改造钻孔进尺达到了105.66万m，钻孔注浆总量达到了46.56万t。目前，随着回采工作面的开采深度增加，大大增加了南翼五采区、九采区、十五采区等工作面防治水难度，导致部分工作面的水害治理效果不佳。另一方面，水害治理成本大大增加。例如，北翼十采区的21406工作面注浆成本达到了300万元，水害治理成本增加约7元/t；又以陈四楼煤矿南翼五采区的2517工作面为例，水害治理成本达到了2 275万元，仅底板注浆就使吨煤成本增加38.6元。陈四楼煤矿底板注浆技术面临注浆技术难度增大、注浆工程量增大、注浆成本成倍增加、注浆效果不佳等困难。陈四楼煤矿底板注浆工作已开展了将近20 a，但“底板注浆钻孔偏斜情况”、“钻孔偏斜对水害治理及注浆的影响”一直是有疑虑而未揭示的问题。为此，矿井利用YHQX（C）全方位钻孔测斜仪对21701工作面的P1-17取芯孔进行了孔斜测试。P1-17孔测斜剖面图和立体图如图1、图2所示。图1P1-17取芯孔孔斜校正剖面对比图（单位：m）平距/m图2P1-17取芯孔测斜立体图结果显示：（1）开孔倾角-36，测斜结果显示最大倾角达-53.3，倾角最大绝对误差17.3，最大相对误差48.1%，钻孔倾角误差大；（2）钻孔设计终孔点垂深68.8 m，实际终孔点垂深90.4 m，垂深绝对误差“浅”21.6 m，相对误差23.9%，垂深误差较大，需要进一步揭露孔斜规律。3钻孔偏斜规律分析3.1地面勘探钻孔偏斜规律依据陈四楼煤矿精查报告，精查阶段6304、6401、6504等地面垂直钻孔也发生孔斜，如表2所示，垂直孔最大倾角可达2030，最大水平摆动范围近315。通过统计陈四楼煤矿精查时期地面勘探钻孔的孔斜数据，揭示了地面勘探钻孔偏斜现象的客观性和规律性。例如，6304孔倾角和方位角的误差主要发生在太原组段。结果证明，底板注浆改造的P1-17孔偏斜不是偶然现象，太原组坚硬灰岩与较软且具膨胀性的泥岩互层是使井下注浆孔和地面勘探孔发生明显孔斜的重要原因。表2陈四楼煤矿精查孔孔斜统计表3.2井下底板注浆孔偏斜规律矿井在南翼十七采区、北翼十采区选取了10个底板注浆孔分别进行孔斜测试，以此来分析、统计井下底板注浆孔的偏斜规律，如表3所示，共计11个孔从方位角、钻孔倾角、终孔点垂深等方面分析孔斜规律。表3陈四楼煤矿井下底板注浆孔孔斜统计表3.2.1钻孔倾角误差规律由表3可以看出，底板注浆孔在倾角方面的误差规律是“角度明显增大”和“垂直深度明显增大”，平均倾角相对误差达104.2%，平均倾角绝对误差也达到25.4；S补7孔倾角最大相对误差达到248.1%，最大倾角绝对误差39.7。井下注浆孔倾角随孔深变化曲线有“陡-缓”、“陡-降”和“平-陡”3种类型：（1）“陡-缓”型以P1-17为代表，如图3所示，占11个测斜孔的7/11，占比第42卷第02期Vol.42 No.02陈四楼煤矿底板注浆改造钻孔偏斜及防治技术研究马广兴，等高程/m垂深/m高程/m平距/m钻孔630464016504倾角01000091002030方位角/（）32463431544300工作面2170121701217022170221702217012101121011210112101121011钻孔P1-17S补7X3-10S2-5X2-8s补-4X5-8Z3-3X6-6X6-2X6-1开孔127.0094.00311.00219.00110.0089.5046.50328.00100.5026.50358.50终孔130.8090.80323.05183.3298.7478.0042.10333.0794.4628.69345.23开口-36.00-16.00-42.00-39.50-31.00-36.50-18.00-32.00-18.50-28.00-26.00终孔-53.30-55.70-55.63-73.11-60.30-62.00-44.20-38.27-48.55-54.10-49.92设计117.00147.00165.00178.00133.00125.00149.00126.00145.00112.00137.00终孔120.00150.00168.00182.00138.00130.00150.00132.00144.00114.00144.00设计Z值-70.54-41.35-112.41-115.77-71.08-77.33-46.35-66.77-45.69-53.52-63.13终孔Z值-90.38-90.82-127.55-151.30-104.22-105.77-82.54-78.90-87.86-82.06-102.29Z值误差-19.84-49.47-15.14-35.53-33.14-28.44-36.19-12.13-42.17-28.54-39.16方位角/（）倾角/（）孔深/m垂深/mP1钻场-666.716.3821.61-620-630-640-650-660-670-680-690-700-710-720-730-740-750-760-770-780-790-620-630-640-650-660-670-680-690-700-710-720-730-740-750-760-770-780-79021701上顺槽P1-17 127-36120 m二2煤P1-17 127-36120 m0-10-20-30-40-50-60-70-80-90三维轨迹图-75-70-65-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5011.9914.8518.1-55-45-35-25-15-5159高达63.6%；钻孔倾角在出套管后，随即线性增大趋势明显，主要集中在钻孔斜长4060 m（或垂深2840 m），也就是进入太原组之前的山西组底部泥质粉砂岩和中-细砂岩段；之后进入太原组后钻孔倾角增幅减小或微弱变化至终孔。“陡-缓”型曲线的形成