钻探技术在煤矿水害防治工作中的应用

钻探作为煤矿水害防治工作一种重要的技术手段,得到了广泛的应用。煤矿大口径排水井钻进技术、底板多分支水平井地面定向钻进及注浆加固改造技术、井下定向探（疏）放水钻进技术、注浆封堵突水通道钻探技术和矿井突水灾害快速钻进救援技术等煤矿防治水钻探技术,在煤矿水害防治工作中得到了广泛应用,取得了良好效果。加强防治水钻探配套设备的研发和相关钻探工艺技术研究,将有力促进煤矿水害防治工作的发展。     

水平分支孔定向钻探技术及其在煤矿水害防治中的应用——以东庞煤矿ZKxx3孔钻探施工为例

本文以东庞矿北井9400采区2#煤层奥灰含水层区域注浆改造一期工程ZKxx3孔施工为例,详细介绍了水平分支孔定向钻探施工设计、钻探施工工艺、主要技术措施等。实践证明,该定向钻探技术能够探查奥陶灰岩含水层区域中的断层、陷落柱等构造的导水通道和富水层段,超前注浆充填奥陶系灰岩上部溶隙和裂隙,封堵断层等构造薄弱区段,扩大加固面积,实现由井下局部治理向地面区域治理煤层底板奥灰水害。由超前探测向掘前治理转变,在时空上达到了区域超前防治水害的目的,取得了显著的经济及环境效益。     

地面顺层孔探注成套技术在底板高压岩溶水害治理中的应用

我国东部矿井深部采区太原组灰岩含水层具有高承压、强富水、补给充沛、无垂直分带性、存在强径流带和垂向导水通道、与奥灰有水力联系等特点。以淮北矿区朱庄矿Ⅲ63采区底板薄层灰岩水害为例,采用地面顺层水平井钻探手段进行精准探查,结合高效的地面高压注浆控制工艺,对探查到的涌水通道及原生溶隙、构造裂隙等进行注浆治理,完成了整个采区的区域超前治理,并得到有效验证。本技术是国内首次采用地面顺层钻孔对底板灰岩水害进行区域超前治理的成功案例,已形成成套技术规范。对具有类似水害威胁的同类矿井防治水工作借鉴作用重大,对煤矿顶底板水害超前区域治理的技术手段与理论水平的发展与革新具有重大意义。     

两淮煤田煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术

煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术是近几年刚刚兴起的一种灰岩水害防治新技术,具有探查治理时间超前、探查治理空间范围大、水害隐患整体消除效果好等特点。分析了两淮煤田煤层底板灰岩水害基本特征,研究了煤层底板不同类型灰岩水害区域超前探查治理的技术方法和工程工艺。提出针对淮北煤田煤层底板存在高压复合强富水薄层灰岩含水层水害威胁的矿井,应采用定向水平井钻探和"高密度低压充填+低密度高压劈裂式注浆"探查治理技术;针对淮南煤田煤层底板发育厚层非完整隔水层的矿井,应采用定向水平井钻探和低密度连续高压劈裂注浆探查治理技术,通过典型矿井的工程示范,取得了良好的水害治理效果。      

煤层底板水害超前区域治理理论框架与关键技术

随着我国华北型煤田浅部煤炭资源开采殆尽,深部煤炭资源受底板灰岩岩溶水害威胁严重,常规井下直孔注浆方式存在施工位置受限、钻遇含水层孔段短、注浆盲区大、目标位置不准确等问题。为此,提出了基于顺层定向钻孔进行注浆改造的超前区域治理技术,系统研究了顺层近水平注浆孔浆液运移规律、底板水害超前注浆模式、注浆参数控制工艺、隐伏导水通道超前判识探查与注浆效果检验与评价等。通过系统研究,构建煤层底板水害超前区域治理理论框架与技术体系,具体包括5方面内容:提出煤矿底板水害超前区域治理模式分类和选择准则,概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式;形成隐伏导水通道水平定向钻超前判识治理技术;建立超前区域治理关键注浆参数控制工艺体系;提出了注浆全过程的多指标定性、定量效果检验与评价技术。上述研究成果在煤层底板水害超前区域治理工程中成功应用,对底板水害超前区域治理起到重要的理论和技术支撑作用,为我国华北型煤田深部煤炭资源安全开采提供保障。     

煤层底板灰岩含水层超前区域注浆改造技术

<正>近年来,中煤科工集团西安研究院有限公司利用井下近水平定向钻探与注浆技术、地面顺层定向钻探与注装技术,将煤层底板薄层灰岩含水层改造成相对隔水层,切断垂向导水通道;将奥陶纪灰岩含水层顶部改造成相对隔水层段,形成了成套超前区域注浆改造技术,分别在陕煤化韩城桑树坪煤矿、淮北朱庄煤矿和桃园煤     

基于改进型突水系数法治理底板奥灰水害技术

针对渭北煤田下组煤底板超薄隔水层条件下,煤层开采过程中底板奥灰水害防治技术难题,依托渭北煤田韩城矿区桑树坪煤矿奥灰水害治理课题,基于煤矿井下近水平定向钻进技术,提出底板奥灰岩层顶部利用与注浆改造的防治水思路。(1) 考虑底板破坏带失去阻水能力的因素,结合突水系数法确定奥灰顶部利用与注浆改造的临界厚度,采取自工作面两端相向钻进的方式开展定向钻孔探查,依据探查情况,结合压水试验结果,确定钻孔注浆工艺及参数,分析注浆效果。(2) 采用地面三维地震、地面瞬变电磁探查采区低阻异常和构造发育情况,采用直流电法或瞬变电磁探查巷道工作面前方富水区,待巷道系统形成后,采用直流电法测深、音频电透视探查巷道和工作面底板下的富水区,采用无线电波透视探查工作面构造及煤厚变化情况。最后根据物探和定向钻探的探查结果,实施检查技术,综合评价带压开采的可行性。研究表明,奥灰顶部富水性弱,可作为相对隔水层利用,突水系数已降至0.073 MPa/m以下,为今后进一步完善《煤矿防治水细则》突水系数临界值的确定提供坚实的依据,确保了工作面安全回采,形成了修正的突水系数法结合“探查?注浆?检查”的奥灰水害防治技术体系,延伸了矿区安全开采下限。      

基于靶面帷幕注浆的导水断层治理技术

断层水害是煤矿水害的一种主要类型。针对断层水害探查及治理的复杂性,以准格尔煤田深部矿区龙王沟煤矿巷道掘进过断层为研究对象,在综合利用物探、钻探、化探等手段的基础上,确定龙王沟煤矿DF21断层为导通底板灰岩水的导水断层。针对断层附近巷道底板承受灰岩水压低、隔水层厚度大的特点,提出利用井下靶面帷幕注浆技术治理断层水害,并最终实现了巷道安全掘进。研究成果可为准格尔煤田其他矿区同类型断层水害治理提供借鉴。     

地方小煤矿深部资源开采水文地质环境分析

为了优化资源利用,降低矿井采掘过程中面临的各种水害问题,文章以某地方重组小煤矿为例,通过分析该矿开采现状,结果得出:矿区充水水源主要是大青灰岩水和本溪灰岩水,对矿井威胁较大的水患是奥灰水及老空水,而导水断层、导水陷落柱则是矿井突水的主要导水构造,采前进行底板及本溪灰岩含水层预注浆加固;在采掘过程中,通过综合运用物探和钻探、对异常体进行注浆加固、对回采影响范围内的老空水提前进行疏放等防治水措施,能够有效降低水害事故的发生,为实现深部煤炭资源开采提供一定的参考依据。     

煤层底板水害区域注浆治理影响因素分析与高效布孔方式

对于导、含水岩层进行超前区域注浆改造与加固是华北型煤田煤层底板岩溶水害防治的主要技术手段。根据超前区域注浆改造技术应用的矿井水文地质基本原理,结合煤层底板水文地质结构、采动影响、定向钻进成孔与浆液扩散能力,以及受注岩层边界条件等因素,分析了治理煤层底板薄层灰岩与厚层灰岩水害的超前区域注浆改造与加固的一般应用模式。并从受注岩层地质条件、注浆材料、注浆工艺等方面,分析得出受注层的空隙连通性、开启性、粗糙性、孔隙水承压性,注浆材料的粒度、黏滞性、时变性、结石能力,以及注浆压力、钻孔空间布置、注浆方式等,是影响煤层底板岩溶水害超前区域注浆治理效果的主要因素。另外,依据注浆过程中有效注浆压力计算公式,分析得出浆液在钻孔和裂隙中流动时由于受到钻孔和岩层空隙综合阻力的抑制,水平孔中沿程有效注浆压力逐步衰减,易形成“锥形”浆液扩散范围。最后,针对目前常用的超前区域注浆孔水平段分支孔平行布孔模式,由于间距过大和有效注浆压力衰减可能造成的注浆孔间盲区问题,根据注浆孔水平段有效注浆压力与浆液扩散范围的衰减规律,以消除注浆盲区为目标,提出了长距离错位平行分支孔、长距离逆向互补弧形分支孔、短距离羽状分支孔等3类注浆孔高效布孔模式,可为煤层底板水害超前区域高效治理技术科学应用提供依据。      

煤层底板水害防治智能决策支持系统框架构建

煤层底板突水是华北型煤田煤矿生产过程中一种常见的水害类型,为解决水害防治工程的科学决策问题,进一步提高防治水工程的可靠性,提出构建智能决策支持系统的技术思路。智能决策支持系统是传统决策支持系统与人工智能技术相互融合的产物,在分析底板水害防治决策支持功能需求的基础上,提出“数据-模型-方案”一体化设计流程,从数据导入、模型驱动、智能决策等3个层次构建底板水害防治智能决策支持系统的基本框架。将模型驱动层进一步细分为方法库、模型库、知识图谱构建3项专业化服务,模型库包括底板突水空间点预测模型、疏水降压数值模拟模型、注浆改造工程可靠性分析模型、隔离工程设计模型及底板水害监测预警模型。系统最终输出的决策方案包括底板突水危险性分区、疏水降压Q-t-s方案、区域注浆改造设计及工程可靠性评价、隔离工程设计、底板突水监测预警警情发布。系统通过注浆过程的反馈-控制、突水监测预警的深度学习、疏水降压方案的动态优化等实现其智能决策。智能决策支持系统将会在煤层底板水害防治可靠性保障方面提供新的技术支撑。      

山东许厂煤矿水文孔井下启封技术

封闭不良钻孔导通含水层,给煤矿安全生产带来威胁。以山东许厂煤矿X5-3号水文孔为研究对象,优化选用井下启封技术,采用高压注浆法封堵三灰裂隙,在1337工作面皮带顺槽通过钻探、巷探找到X5-3号钻孔位置进行封堵,终孔注浆压力为8 MPa,持续30 min,共用水泥6 000 kg,成功实现了井下封堵。井下启封技术的应用,不仅保证煤矿安全生产,避免受水害影响,而且降低了工程费用,对于同类型钻孔启封具有借鉴意义。     

煤层底板隐伏断层分类及突水防治措施

矿井底板突水系数介于0.06~0.1 MPa/m区域内发育的隐伏断层，是煤矿生产过程中发生突水的关键因素之一，对其进行科学分类有利于制定底板突水防治针对性措施。通过煤层底板隐伏断层特征分析，根据隐伏断层顶界面位置与"下三带"垂向关系，从底板水害防治角度，将煤层底板隐伏断层分为高位、中位及低位3种类型。借助理论与突水案例分析手段，指出存在突水威胁的高位隐伏断层具有全贯通、突发性、水量大及危害程度高等特点；中位隐伏断层具有突水时间难以判断、突水后难以治理的特点。针对高位隐伏断层，提出工作面回采前对煤层底板进行注浆加固等防治措施；针对低位隐伏断层，提出在突水灾害前后采取不同思路的注浆治理措施。研究成果对于煤矿企业应对隐伏断层引起的底板突水灾害提供了重要参考。      

深部煤层底板灰岩水防治体系的构建——以平煤东部三矿为例

在对断层复杂程度和突水危险性分区评价的基础上,提出了平煤东部三矿二组煤底板灰岩水的防治体系。研究区断层构造整体上较为简单,二组煤开采寒武灰岩水突水危险性较小。灰岩水治理基本以疏放为主,由此提出二组煤水害防治体系,由防治技术、防治工程、技术保障系统和矿井水资源化与矿区水资源优化配置4个子系统组成;技术保障系统是基础和保障,防治技术是手段,防治工程是核心,矿井水资源化与矿区水资源优化配置是发展方向。本防治体系的实施可以解放受承压水威胁煤炭资源476万t,底板水压下降0.3 MPa(到2020年底),完全实现二组煤的安全生产和矿井水的资源化利用。     

井下近水平定向钻进技术在煤矿奥灰水害防治中的应用

为高效解决煤矿断层富集区下组煤层回采时面临的奥灰水害问题,担水沟煤矿率先利用井下近水平定向钻进技术对矿井9204工作面底部构造发育区进行了超前探查治理,并通过物探复探结果对照、常规钻探验证和水化学分析相结合的方式,对超前探查治理效果进行了验证。结果显示,探查过程中各分支钻孔出水点矿化度较该区奥灰水高出220.5～323.4mg/L,其中Cl-含量较该区奥灰水高出38.24～67.69mg/L;注浆改造前后音频电穿透视探查结果对比显示,0～40m相对低阻异常区面积缩减率达到93.92%,40～80m相对低阻异常区面积缩减率达到85.47%;常规钻探探查验证中,各钻孔再无出水和其它异常现象,表明超前探查治理取得了显著的效果。此次近水平定向钻进技术的成功应用,在该区域类似地质条件下的工作面底板奥灰水害防治中提供了可参考实例。     

定向钻进工艺技术在探查疏放灰岩水中的应用

顾北煤矿A组煤受到灰岩水害严重威胁。采用顺层定向长钻孔工艺技术对工作面底板灰岩含水层进行探查,依据地层特征,对定向钻孔套管孔段、回转钻进孔段、定向造斜孔段、定向稳斜孔段的施工方法及关键技术进行分析研究,并选取13321工作面及13121工作面实施定向探查钻孔进行实践验证。结果表明,定向长钻孔技术实现了对工作面底板含水层全覆盖探查,目标层钻遇率高,一次性探放距离远,减少常规钻孔工程量,经济效益显著。该技术的成功实施解决了顾北煤矿区水害探查难题。     

合山煤田矿井水害防治措施探讨

合山煤田是典型的岩溶充水矿床．矿井开采水害严重。煤层的直接顶、底板为碳酸盐岩类,岩溶极为发育,为矿井的直接充水含水层;煤层底部的茅口组为强岩溶含水层,与煤系地层的联系密切,为间接充水含水层;位于煤田两侧的红河水是矿井充水最主要的补给水源。断裂、节理和破碎带等通道是矿井充水的主要通道。通过分析井下突水点的发育特征,认为强岩溶导水带是矿井突水的关键部位,防治矿井水害的重点是切断岩溶导水带,对强导水带进行封堵,防止红水河的侧向补给,对四煤底板灰岩进行加固。总结出地面防治的主要方法为帷幕式、截堵式、堵水点式和地面铺盖式。对井下防治水,提出了有疑必探,先探后掘,设置防水闸门、防水墙,实行分层、分区开采,加强井下排水等防治措施。     

底板注浆加固技术在河南汝州煤田朝川矿的应用

朝川矿断裂构造及裂隙发育,水文地质条件复杂。主采煤层二1煤底板隔水层薄、分布不稳定,再加上该区底板灰岩承压含水层富水性强、水头压力高、补给来源丰富,从而给煤层开采带来了一定的风险。针对矿区的水文地质特点,提出在受水害威胁严重且不适宜疏水降压的区域,采用底板注浆加固的方法实现矿井的安全开采,并对该矿在二1煤层井下巷道打钻成功,实现底板注浆加固,从而使含水层变为隔水层的实施过程进行了较为详细的介绍。结果表明,底板加固技术是预防煤矿突水的有效途径,具有极大的优越性和实用性。     

“华北型”煤田岩溶水害及防治现状

“华北型”煤田的开采普遍受到煤层底板岩溶承压水的威胁，近年来，煤田岩溶水害的机理研究取得突破性进展，认为岩溶裂隙水网络是发生突水的物质基础，隔水层的岩石水学性质及厚度是突水的制约因素，断裂构造是突水的关键因素，采矿活动是突水的诱发因素；在水害防治方面，采用疏水降压、注浆改造、帷幕截流等技术方法，取得了明显的技术效果，本文旨在介绍水害现状，分析探讨治理对策，为治理煤田水害提供参考。     

杨村煤矿2702工作面水害分析及防治措施

杨村煤矿2702工作面受底板奥灰、十四灰水威胁,采用音频透视技术对底板的富水性进行了探测,并施工了井下钻孔.本文从水质分析、安全水压、相对隔水层厚度和突水系数等方面论证了2702工作面存在的水害威胁,对工作面开采可行性进行了论证,并制订了防治水措施,保证了工作面的安全回采.