地面L型钻孔煤层底板注浆加固技术与装备研究

为了实现煤层底板超前注浆治理的目的,对地面L型定向钻孔煤层底板注浆加固原理、钻探设备、钻孔设计及钻进工艺进行了系统的研究,形成一套完整的技术与装备。通过赵固一矿18011工作面二_1煤层底板L_8灰岩含水层注浆加固现场实验,表明研究的钻探装备和钻进技术稳定可靠、工艺先进、煤层底板注浆加固效果良好,不仅丰富和完善了煤层底板水害防治技术,而且实现了区域煤层底板超前注浆改造,对安全高效开采大采深矿井高承压水煤层具有重要意义。     

定向分支技术在浅埋深薄含水层治理中的应用

孙庄矿经过40余年的开采,上部煤层已经枯竭,仅在深部山青煤尚有部分煤炭储量,因受下伏大青灰岩含水层水和奥陶系灰岩含水层水威胁,至今尚未开采。为解决孙庄矿工作面底板水害问题,在地面施工定向水平钻孔,对平均厚度为5.5 m的大青灰岩进行注浆加固,将大青灰岩含水层改造为弱含水层或隔水层,增加661工作面山青煤层底板隔水层厚度,地面钻孔施工完毕后,通过井下钻孔取芯放水验证,大青灰岩含水层水量由治理前的15～138m~3/h转变为注浆治理后的0.6～8.1 m~3/h,说明大青灰岩含水层治理效果明显,为解放受水害威胁的浅埋深、薄含水层加固治理提供了经验和技术支撑。     

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。     

煤层底板薄层高压灰岩水害超前区域治理技术研究

针对煤层底板薄层高压灰岩水害问题,以桃园煤矿Ⅱ4采区10煤底板三灰含水层治理加固为例,通过施工地面定向钻孔组,进入未采区底板三灰后顺层钻进,揭露灰岩裂隙,并进行高压注浆治理,通过分段“探注结合”施工,有效封堵三灰溶隙、裂隙,最终将三灰含水层改造为隔水层,阻隔三灰及三灰下含水层水。结果表明,煤层底板薄层高压灰岩水害超前区域注浆封堵技术是安全和可行的,为其他矿区薄层灰岩水上带压开采提供了依据。     

坚硬顶板厚隔水层条件下底板突水致灾机理及全周期治理技术

峰峰矿区九龙矿4号煤层顶板为厚3.5 m的坚硬野青灰岩,煤层底板岩层组合为“厚隔水层夹薄层灰岩+奥陶系灰岩”,九龙矿开采4号野青煤以来,发生多起底板奥灰突水事故。针对煤层底板存在厚隔水层且传统井下底板加固甚至区域治理仍无法完全消除奥灰突水的现状,笔者基于零位破坏理论,建立了考虑顶板压力传递的煤层底板采动破坏力学模型,分析了顶板压力传递和承压导升作用下的底板突水致灾机理,提出底板水害“采前-采中-采后”全周期治理技术并通过井下底板验证孔-工作面涌水量-奥灰水位动态变化“三位一体”立体化监测对治理效果进行评价。研究结果表明：(1)坚硬顶板条件下,采空区悬露面积大,周期来压强烈,导致底板破坏深度增加,在煤层底板导水构造阶梯式导升作用下容易发生滞后突水;(2)通过采前区域治理对煤层底板进行全面加固消除致灾因素,采中对煤层底板微震事件多发、构造发育区域进行重点加固达到减水开采,采后补强加固实现保水开采,创建了工作面底板奥灰水害全周期治理模式;(3)治理后,工作面底板薄层灰岩与奥灰无水力联系,奥灰水位与工作面底板涌水量随工作面来压发生变化,但变化幅度较小,工作面涌水量仅为0.46～1.12 m3/...     

千米钻机定向钻进技术在矿井防治水中的应用

赵固一矿为了有效控制二1煤层底板L8灰岩及下伏高压含水层向采掘工作面突水,对该矿含水层水压高、隔水层厚度薄等水文地质条件进行了分析,结合目前防治水工程中普通注浆钻孔的应用情况,提出将近水平定向钻进技术应用到矿井防治水工程中,采用近水平定向钻孔结合地面注浆站造浆对煤层底板进行注浆加固。实践表明,该方法的应用成功阻隔了二1煤层底板高压水的向上突水通道,对导水裂隙和构造进行封堵,确保了矿井的安全生产。     

峰峰地区薄层灰岩定向水平分支构造探查实践

峰峰地区采用定向水平井技术对煤层底板含水层进行探查治理,其中构造导水为引发煤层底板奥灰承压水突水的最主要威胁。薄层(大青)灰岩作为煤底板距离奥灰较近的含水层,常作为奥灰水上部警示层,并且薄层灰岩水平井钻遇构造时,地层变化明显,在探查构造方面对比奥灰更具优势,以羊东矿8467工作面水平井为例,介绍了大青灰岩水平井探查构造情况,为峰峰地区类似水平井作以借鉴。     

封堵深部煤层底板高压大流量岩溶突水的关键技术探讨

受奥陶系灰岩水威胁的煤层开采中的底板突水具有高承压,大流量,高流速特点,破坏性强,损失大,对突水的注浆治理难度大。对此类突水封堵关键技术表现在对注浆堵水方案的选择确定,注浆钻孔穿过多层采空区的安全施工工艺,采空区和导水断层空腔内骨料注入和双液旋喷注浆固结技术,坚硬岩石内快速钻进技术,钻孔深部孔内混合双液注浆安全控制技术等。     

煤矿底板强含水层定向钻进注浆治理技术

为了保证韩城矿区桑树坪煤矿11号煤层3109工作面的安全开采,采用定向钻进注浆技术对3109工作面底板奥陶系上部含水层进行了探查、治理,查明并改造了3109工作面底板奥陶系上部含水层的透水性。通过压水试验,测得3109工作面底板奥陶系灰岩含水层上部裂隙不发育,透水性差。通过钻孔注浆,进一步降低了3109工作面底板奥陶系灰岩含水层的透水性。注浆工程结束后,3109工作面实现了安全开采,证明了定向钻进注浆技术在研究区底板奥陶系灰岩水害防治中的有效性。     

古汉山矿煤层底板加固与隔水层保护

随着矿井开采深度的增加,古汉山矿地应力越来越大,工作面回采时煤层底板破坏程度也在增加,煤层底板L8灰岩含水层水压越来越高,造成煤层底板加固的注浆压力不断增大,这样势必会引起在煤层底板注浆加固时破坏煤层底板与L8灰岩之间的隔水层。从而引起回采工作面在回采时底板突水。为防止煤层底板加固时破坏煤层底板与L8灰岩之间的隔水层,古汉山矿11031东回采工作面煤层底板加固时采用控制注浆压力的措施,既加固了含水层又保护了隔水层,效果很好。     

大采深高承压矿井水文地质条件及防治水技术

针对九龙矿煤层埋藏深、开采4号煤易发生煤层底板突水事故的问题,分析了该矿的水文地质条件,发现井田内隐伏强导水陷落柱、开采深度大、4号煤层底板承受的奥灰含水层和大青含水层的水压高是开采4号煤发生底板突水的原因.基于此,提出了强化安全设施建设、查清水文条件并进行超前综合探测、封堵和注浆加固导水通道、合理疏水降压和综合治理等开采4号煤时的防治水技术与对策.     

赵固一矿煤层底板灰岩加固多分支水平注浆井轨迹精准控制技术实践

以赵固一矿15011煤层工作面相应底板L_(8)灰岩加固的多分支水平注浆井为研究对象,以设计钻取导眼探孔获取所治理灰岩层埋深、伽马值、ROD等相关地质参数及构造信息,进行精准设计及控制多分支水平注浆井主孔钻入煤层底板治理灰岩层的着陆点;优化常规多分支水平注浆井钻具组合,优选自带欠尺寸对称扶正器螺杆及欠尺寸凸起部位自带滚珠的球形扶正器,以此构成双扶稳斜钻具组合降低了定向及复合钻进过程井斜和方位漂移量,减少了分支孔轨迹定向调整频次和定向段的长度。基于以上技术措施实现了精准控制多分水平注浆井轨迹位于L_(8)灰岩层稳定钻进。     

基于微震监测的含地质异常体底板注浆加固稳定性研究

为了解决深部矿井受高地应力、高承压水压力及复杂地质构造等影响下所发生的突水灾害,注浆与微震监测相结合的方法成为了重要防治技术,被广泛应用于煤层底板加固与时效破坏评价中。针对目前微震监测分析注浆结构理论与技术支撑基础不足的问题,以淮南矿区张集煤矿1613A工作面为工程背景,构建了针对煤层底板注浆后地质异常体的微震监测系统,分析了采动过程中注浆导水通道地质体的微震响应特征,探究了底板结构体注浆堵水的加固效果。研究结果表明,工作面阶段性回采所诱发的周期来压会造成底板破坏深度增大;在注浆地质体及其围岩区域的C3Ⅱ组、C3Ⅲ组灰岩层未监测到微震事件,导水通道的多分支孔分段注浆治理效果良好;上层C3Ⅰ组灰岩并未通过隐伏断层、垂向导水构造与深层高水压灰岩发生直接水力联系,浆液有效封堵并加固了岩层基质。整个工作面回采过程中无突水风险,实现了高效安全开采。     

邢东煤矿深部区域奥灰水害探查治理技术

为解决深部区域煤层开采的奥灰水害问题,以邢东煤矿-980 m水平内多个工作面底板探查治理工程为例,通过对矿井及工作面地质、水文地质条件进行分析,确定工作面回采期间的主要充水水源、充水通道及探查治理层位,结合钻探探查和注浆治理工程,通过工程效果检验,完成了研究区奥灰水害的有效防治。结果表明:研究区开采期间的主要充水威胁来源于煤层底板奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层水,主要充水通道为断层构造带。通过钻探工程探查,施工了1个地面主孔,40个地下近水平分支孔,根据伽马测井、水位观测和水温观测等钻探效果检验,确定本次探查到1个隐伏陷落柱(X8)、以及F_(23)等个别导水断层构造。经注浆工程治理,认为煤层底板奥灰岩溶裂隙发育程度不均一、注浆量与多指标相关性差,注浆条件较为复杂;经注浆终压、单位吸水率和现场实际揭露,注浆效果良好。通过本次奥灰水害探查治理工程,确保了矿井深部采区的安全生产。     

井下高压注浆钻孔突水治理技术

皖北煤电集团刘桥一矿开采的6煤层受下伏太原组灰岩水严重威胁,工作面回采前需采取底板注浆改造措施,但施工注浆钻孔过程中常因构造发育带的影响,造成巷道底鼓变形、遭受破坏,沿钻孔周围发生底板灰岩水突水。对突水原因进行了分析,提出针对性治理方案,并从钻孔布置、注浆和钻探施工等方面提出了类似钻孔事故的预防措施。     

超化煤矿三软煤层采煤工作面底板承压水的防治

在带水压开采条件下,为了消除采煤工作面底板承压水的威胁,结合郑州矿区超化煤矿煤层底板含、隔水层情况,采用突水系数法划分底板突水威胁区域,通过物探、钻探查明底板富水区的分布情况,对煤层底板薄层含水层进行注浆以将含水层变为隔水层,在工作面生产过程中保持均衡推进以减少前方移动支承压力对底板隔水层的破坏.实践表明:采取物探、钻探、注浆和均衡推进等综合防治水的方法能有效减少工作面底板的涌水量,降低底板承压水的突水概率;对三软煤层底板主要强含水层以上地层进行加固改造,可以提高底板岩层的隔水厚度和隔水性能,有效防治底板承压水.     

奥灰岩溶水上带压开采区域超前治理防治水技术

针对邯邢矿区煤层开采受奥灰承压水威胁及保水开采的现状,提出了区域超前治理防治水技术,以超前主动、区域治理、全面改造、带压开采为指导原则,该技术在邯邢矿区奥灰含水层顶部区域超前注浆改造中进行应用,以孔口终压1.0 MPa、稳定30 min以上和单孔吸浆量小于50 L/min作为注浆结束标准。试验过程中采用地面多分支水平钻进关键技术,最终达到注浆加固煤层底板含水层及奥灰顶部改造含水层目的,大幅降低煤层底板突水可能性,安全开采出受承压水威胁的煤炭资源。     

煤层底板超前注浆加固定向钻进技术与装备

将定向钻进与底板注浆加固技术结合,利用定向钻孔实现煤层底板超前注浆加固是现有底板水害防治方法的重要创新。系统研究了定向钻孔超前注浆加固原理、钻进装备、钻孔设计方法和钻进成孔工艺,形成了一套煤层底板超前注浆加固定向钻进技术与装备。通过在赵固一矿11151工作面现场试验表明,研究的钻进技术和装备稳定可靠,工艺先进,底板注浆加固效果良好,丰富和完善了煤矿底板水害防治手段,实现了煤层底板水害超前防治的重大突破,对煤矿安全高效开采意义重大。     

L型地面钻孔注浆技术在矿井水害防治中的应用

为治理辛安矿216采区可能发育有隐伏的陷落柱、断层和裂隙等导水构造的水害区域,以大青灰岩含水层为目的层,在地面施工定向多分支水平注浆钻孔,进行区域水文地质探查与全面预注浆加固治理,完成查明水文地质情况、封堵奥灰水导水通道的基本任务,大幅降低煤层底板的突水概率,提高了井下探巷掘进及采区回采的安全性。工程共设计钻孔16个,目前已完成1个主孔,6个分支孔,钻孔水平段最长达1 031 m,单孔水泥用量达3 280 t。钻孔质量、注浆质量均达到矿方要求,注浆工艺参数达到或超过相应技术指标。     

煤层底板破坏带深度研究及其对带压开采的影响

以斜沟煤矿8~#煤层18101和18102综采工作面为研究对象,运用现场钻探压水试验、瞬变电磁探测和数值模拟3种方法,对8~#煤层开采后底板破坏带深度进行了综合测试分析计算。结果表明,煤层开采所引起的18101工作面底板破坏深度为31m,18102工作面底板破坏深度为32m,并以此预计13~#煤层底板破坏深度为31.6m.采用突水系数评价体系和底板隔水层分析,综合评价斜沟煤矿带压开采条件下煤层相对安全,13~#煤层在ZK25-2、SK9、ZK15524、0505钻孔附近底板隔水层厚度值与底板破坏带深度值相接近,面临底板奥陶系灰岩岩溶水突水风险,在防治水工作中应采取注浆加固等安全措施。