注浆技术在华北奥灰水害防治中的应用与发展

我国华北型煤田水文地质条件复杂,随着深部资源的大规模开发,煤层底板奥灰突水概率增加,奥灰水害成为华北型煤田深部开采的严重安全威胁。应用注浆技术能够快速封堵突水通道,消除潜在水患,在华北奥灰水害防控方面具有明显优势;历经工作面注浆、井下定向孔注浆和地面定向孔注浆,装备进步推动华北型煤田奥灰水害注浆防治技术持续发展。本文分析了注浆技术在华北型煤田奥灰水害防治中的发展历程,结合奥灰水害超前治理工程案例,分析了实践中地面定向孔注浆技术遇到的问题,指出了区域水害防治地面定向孔注浆技术发展方向。本文对华北型煤田深部开采底板奥灰水害防治具有重要参考意义。     

基于三维定向孔的深部水害探查治理技术研究

为了解决深部开采水害防治问题,优化深部区域治理方案,研究基于三维定向孔的深部水害探查治理技术。以邢台矿区深部水害探查治理工程为例,分析了定向钻孔布置影响因素,介绍了三维定向孔结构和孔组分布。探查治理工程与采掘工程有序衔接,构建了深部开采水害管控体系。研究表明,深部水害探查治理技术既可治理已有突水点,降低突水概率,又可以及时封堵新发生的突水点,为采掘工程全过程提供技术支撑。研究成果可以为深部开采区域探查治理工程设计与实施提供参考。     

定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用

我国煤田地质条件类型多,构造复杂。随着深部资源的大规模开发,我国矿井水害防治形势十分严峻,面临诸多挑战。定向钻探注浆技术有效结合定向钻进技术和注浆技术优势,在煤矿水害超前探查和治理中,得到广泛应用,取得良好效果。重点介绍了定向钻探注浆技术在煤矿顶板水害防治、底板水害防治、断层水害防治、陷落柱探查治理中应用的成功案例,可为煤矿水害防治方案设计和施工提供参考。     

赵固一矿地面区域水害治理关键技术

多分支水平井优快精准定向钻进与高效注浆工艺是煤矿区域水害治理2项关键技术。优快精准定向钻井是保障有效揭露目标治理灰岩层的关键,能够有效降低钻进周期,节约钻进成本;高效注浆工艺能够保障所加固目标灰岩层抗水压强度,形成高抗压的节水帷幕,提高施工效率。以赵固一矿地面区域L_8灰岩层水害治理为研究对象,进行了井身结构、钻具组合、钻进参数、钻井液配比等方面的设计优化,以实现位于L_8灰岩层优快精准定向钻进;进行了制浆工艺优化、注浆泵优选及参数控制、注浆管线选取等方面的研究,以实现针对于L_8灰岩层高效注浆加固。为赵固一矿后续高效实施地面区域水害治理工程提供了一定借鉴意义。     

皖北矿区构造发育薄层灰岩区域防治水注浆地面定向钻探技术

我国煤矿水文地质条件极其复杂;随着深部资源的大规模开发,矿井水害防治形势十分严峻,面临众多挑战。煤层底板存在高承压岩溶含水层,且富水性强或极强时,采用地面区域治理技术,可改善采煤工作面底板状况,消除煤炭开采时的底板突水水害威胁。联合应用地面多分支定向钻探技术和润滑防塌钻井液技术,可全面覆盖受底板水害威胁区域,降低钻探工程造价,减小钻探施工对环境的影响,解决长距离顺层地面定向钻探成孔难度大、钻具易卡阻的难题。     

区域超前探查治理技术在邯邢矿区深部采煤底板水害防治中的应用

针对超前区域探查治理技术在探查治理设计、注浆改造工艺、治理效果评价方面存在的问题,通过分析邯邢矿区水文地质条件及邢东矿、辛安矿水害防治工程实例,对超前区域探查治理技术在深煤层底板高承压水害防治中的应用进行研究。研究得出：注浆治理目的层应综合分析研究区水文地质条件、突(涌)水方式,选择离煤层最近、厚度适中、可注性较好的含水层进行注浆改造|水平孔布设距离应考虑研究区水文地质类型、地质构造复杂程度及发育程度确定孔间距,并设计机动孔|水平孔布置方式应考虑工程目的|治理应按“探、注、验一体化”的思路,对钻进过程中遇到的地质现象实施注浆治理并检验|治理效果应利用突水系数、含水层涌水量、矿井涌水量、构造发现率、初始奥陶系岩溶水压等指标,通过迭代指数法组合量化后,重新评价。     

峰峰矿区深部矿井开采水害防治技术研究

随着开采深度的加大,大部分矿井开采已进入了深部区域,而传统的水害防治手段已不能完全满足现阶段的防治水工作需要。通过分析峰峰矿区深部矿井开采中的水害因素,确定主要水害威胁为高承压的奥灰水,水害防治的关键在于对隐伏导含水构造即导水通道的探查与治理。提出了包括地面综合物探技术、地面多分支定向水平钻进技术、地面注浆加固技术及井下钻探补强验证技术的深部矿井开采水害防治技术,实现了对导水通道的"探"与"治",并成功应用于九龙矿15445N工作面,为深部矿井开采的奥灰水害防治提供了参考依据,具有很高的推广价值。     

薄隔水层条件下深部山青煤开采双重水害防治研究

针对孙庄矿薄隔水层条件下开采深部山青煤的情况,进行地面区域治理项目的研究和方案设计。在地面采用定向水平钻进技术进入煤层底板大青灰岩含水层中钻进,查找岩溶裂隙、隐伏导(含)水构造并进行封堵,实现了封堵导水通道、增加隔水层厚度、增强煤层底板隔水岩层的完整性及阻隔水性能的目的,将大青灰岩含水层改造成弱含水层或相对隔水层,防治水对象由双重水害变为以奥灰水为主要防治对象的单一水害,为深部山青煤带压安全开采奠定基础。     

定向构筑阻水塞在陷落柱治理中的应用

岩溶陷落柱严重威胁矿井安全开采,为了矿井安全生产,淮南矿区顾北煤矿采用地面定向技术,对陷落柱采取上下双层交圈超前区域治理的模式进行彻底防治。地面施工2个孔组19个地面定向水平钻孔,分为上下2个目的层对陷落柱影响区形态进行探查,并进行高压注浆治理,于陷落柱影响区顶部形成阻水塞,切断深部岩溶水与煤层间的水力联系。结果表明,治理效果显著,体现了地面区域治理技术的超前性、优越性,为类似陷落柱治理工程提供了宝贵经验。     

张集煤矿地面区域治理水平分支孔钻效分析及提速对策

地面区域治理技术在淮南矿区水害治理上效果显著,对目的层进行水害治理是矿井采掘工作面生产推进的前提。水平分支孔快速施工是区域治理技术实施的关键,本文通过对张集煤矿区域治理水平分支孔综合钻效、生产钻效、纯钻进效率、剔除低效钻进效率4种钻效指标进行统计分析,得出工艺技术水平、生产管理水平、组织管理水平对钻效的影响,并提出提高钻效的对策。     

定向钻进技术在张双楼矿疏放老空水中的应用

综合利用滑动定向钻进技术及钻具组合定向钻进技术,克服滑动定向钻进技术扭矩小、进尺慢特点,在保证钻孔轨迹精度的同时加快了钻孔施工进度,对张双楼煤矿93602工作面采空区内老空水进行超前疏放,消除了水害隐患,缩短了巷道掘进工期,充分体现了定向钻进技术在煤矿水害治理中的优势。     

大采深矿井地面区域治理奥灰水害关键技术研究

为安全开采邯邢矿区深部煤炭资源,提出了"区域超前治理"奥灰岩溶水害理念,开展了华北型煤田大采深高承压水安全开采成套技术研究课题;从理论上研究得出"分带分时段突破"底板突水机理;采用阻水系数法评价试采区底板隔水层承压能力;成功地研究出地面多分支近水平定向钻探关键技术;从岩石力学和水动力学阐述了裂隙含水层中水平孔注浆浆液扩散机理,并给出了孔距计算公式;对于钻遇岩溶或断裂构造状况,研究出了铺底浆液控制技术。地面区域超前治理奥灰水害成套技术在九龙矿成功应用,取得了显著技术经济与环境效果。     

地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用

为了解决赵固一矿18采区煤层底板灰岩含水层水害威胁,在传统的井下注浆堵水技术基础上,结合地面定向水平孔技术,提出了煤层底板水害地面区域超前治理技术,介绍了赵固一矿二₁煤底板L8灰岩地面区域水害治理方案,总结了施工过程中的钻孔和注浆关键技术及其实施过程。采用分支孔“跳孔”注浆技术,在治理区域共注浆43次,注入干料94 277.30 t,水泥33 317.70 t,黏土46 892 m³。区域水害治理施工参数能够较好地反映底板灰岩改性加固效果,在两侧分支孔注浆施工后,中间孔每米注入干料和钻孔单位吸水率均大幅减小,表明前序孔通过注浆施工后,已经对该孔附近的裂隙进行了一定程度的充填和加固,地层的渗透性明显降低,间接验证注浆效果。探孔作业结果表明,应用地面区域水害治理技术已将L8灰岩改造成了弱含水层,治理效果良好。研究成果可为赵固一矿及其他矿区煤层底板含水层治理提供依据。     

裂隙含水层水平孔注浆“三时段”浆液扩散机理研究及应用

邯邢矿区是典型的华北型煤田大水矿区,其深部的大采深高承压水矿井采用地面区域超前治理奥灰水害系列技术,其中多分支近水平定向钻探及注浆是实现区域超前治理水害的关键技术。此前对注浆浆液扩散机理研究很多,但都是以垂向注浆孔及水平裂隙建立水动力学与岩石力学研究模型。地面区域治理奥灰水害是水平注浆孔高压注浆,为此开展了奥灰裂隙岩体高承压水的水平注浆孔浆液扩散机理研究,提出了注浆“三时段”的划分,并给出水动力学表达式;分析了垂向裂隙面上浆液圆环扩散形态;建立了垂向裂隙中浆水分区水动力学模型,推导出浆液扩散半径与注浆压力间关系;在有可注性差的上边界条件下,对浆液扩散形变问题给出数值模拟方法;为水平孔注浆初设及注浆参数优化提供了理论和技术指导,在邯邢矿区应用效果明显。     

华北型煤田底板岩溶水害区域治理关键技术研究进展

为了进一步提高底板岩溶水害区域治理技术的有效性,降低底板突水的危险性,解决区域治理过程中治理层位选择、治理模式和安全治理范围的确定等安全技术问题,基于冀中能源多年底板水害区域治理工程实践,通过深入分析邯邢矿区近年来区域治理后工作面出水案例,提出了奥灰区域治理层位选择的基本原则;针对多个复合含水层(段)条件,构建了地面顺层治理与井下穿层治理相结合的底板岩溶水害多层"三维立体"区域综合治理新模式;给出了在几种不同构造条件下工作面安全治理范围的计算方法。并在峰峰矿区梧桐庄矿水文地质条件极复杂182602工作面水害治理中进行应用实践,取得了良好的治理效果,对类似条件下底板岩溶水害区域治理工作具有很好的借鉴意义。     

奥灰岩溶水害区域超前治理技术研究及应用

鉴于邯邢矿区大采深矿井深部煤层和下组煤开采受奥灰承压水威胁现状和保水开采需要,提出了奥灰岩溶水上带压开采水害治理的"区域超前治理"理念及"超前主动、区域治理、全面改造、带压开采"防治水指导原则;相应给出了区域分区原则、治理模式及适用条件、治查结合新方法、超前治理管理程序、底板阻水能力评价方法和治理关键技术等支撑体系。该成套技术首先在邯邢矿区进行了应用研究,特别是地面多分支水平钻进关键技术应用研究,取得了很好的安全技术效果,创新了大采深矿井和开采下组煤奥灰水害治理方法,安全开采受承压水威胁的煤炭资源,保护了煤系基底奥灰水环境。     

巨厚推覆体下奥灰水害探查治理定向钻进技术

为有效治理新集二矿巨厚推覆体下底层煤开采面临的奥灰水害问题,依据在空间上以采区为单元的区域治理、在时间上超前治理和在注浆对象上由煤层底板C~Ⅰ_3和C~Ⅱ_3转变为C_3~(12)灰岩的治理原则,采取地面定向钻进技术对2201和2301待采区施工2个主孔、26个分支孔,累计进尺为28562.42m,累计注入水泥量为6278.13t。研究结果表明:地面定向钻进探查注浆技术实施后,区内观测奥灰水位的水0101长观孔水位较注浆前上涨了68.37m,太原组灰岩含水层富水性明显减弱,井下探放水钻孔单孔涌水量均小于5m~3/h,保障了2201和2301采区10个工作面能够安全回采,解放煤炭资源储量约952.5万t。     

随钻测量定向钻进技术在矿井顶板水患治理中的应用研究

西北侏罗系顶板裂隙水害是我国煤矿水害主要类型之一,严重影响了矿井的正常生产,并构成了安全隐患。提出采用随钻测量定向钻进技术施工定向长钻孔进行顶板水探放的治理方案,并对钻进成孔工艺和钻探装备进行了选配。选择红柳煤层3121工作面进行了现场应用,施工的定向长钻孔终孔平均出水量是相邻工作面常规钻孔的2.69倍,相同疏放周期时放水量是常规钻孔的41.5倍,成功对2个顶板含水层进行探放并达到安全开采要求,起到超前长距离区域探放顶板水的效果,同时可节约78%工期。现场应用情况表明,随钻测量定向钻进技术在顶板水害防治中具有广阔的应用前景,可为类似矿井提供参考。     

深部矿井奥灰水害防治技术

通过分析峰峰集团防治水现状,对比目前奥灰水害防治技术,针对深部矿井开采奥灰水害情况,提出时间与空间相结合的地面区域超前治理技术。该技术利用地面水平多分支钻进技术对煤层底板隔水层的裂隙进行探查并进行注浆加固补强,切断奥灰含水层与上部含水层的水力联系,进而增强隔水层阻水性能。     

煤层底板奥灰水害防治定向钻孔施工关键技术

基于渭北某矿井煤层底板奥灰水害防治定向钻孔工程,对成孔关键技术进行了研究。研究结果表明:煤层底板以下46 m层位可实现深孔探查;空气钻进工艺可解决孔内排渣不畅及难成孔的问题;通孔钻具可保障套管下至设计深度;利用引导钻头,采用回转钻进工艺可实现深孔下套管;孔内高压注浆、环空静压补浆可确保套管封固质量;滑动定向钻进、回转钻进相结合可提高稳斜段钻进效率;以低于0.5 MPa的钻压在增倾角孔段顺利侧钻开分支;利用不同钻进方法判断含水地质异常体性质;回转钻进方式快速多回次透孔,或大角度定向钻进可穿过易塌孔层位。研究成果为渭北煤田底板奥灰水害防治提供了技术支撑与理论依据。