黄河北煤田定向钻进精准注浆防治水技术研究

为有效治理我国黄河北煤田开采面临的水害问题,以邱集煤矿定向钻孔注浆防治11煤的灰岩水为例,结合瞬变电磁和抽水试验结果,分析了11煤层的顶板四灰、五灰及底板徐灰、奥灰水害的富水性程度。基于"超前区域治水"、"水源-通道一体化治理"的理念,以及含水层富水不均一的区域特征,提出了梅花式和上、下穿层式的分支钻孔钻进方式,以及井上、下水文观测孔水压实时监控的含水层裂隙精准注浆技术,以此为基础对11煤首个治理区域顶板含水层施工了6个主孔、25个分支孔,累计进尺12 011 m,累计注浆量104 880 t。结果表明:定向钻孔注浆实施精准控制后,11煤顶板四灰、五灰含水层治理区域的富水异常区基本消失,含水层渗透系数降为0.010 4 m/d,观测孔涌水量由注浆前的40～260 m~3/h降到5 m~3/h以下,使得二水平暗斜井得以顺利掘进,实现了11煤的成功揭露,为解放6 000万t的煤炭资源提供了安全保障和指导作用,说明梅花式和上、下穿层式的分支钻孔钻进方式和井上、下水文观测孔水压实时监控的精准注浆技术,能够有效地填充四灰、五灰含水层裂隙及隐蔽导水通道,实现分支孔中浆液扩散范围的精准控制。     

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。     

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。     

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。     

东庞矿奥灰含水层多分支水平孔卡埋钻事故处理

近年来,随着定向钻进技术的不断发展,随钻测量技术和受控定向螺杆钻具的制造工艺日趋成熟。地面定向水平钻孔在石油、天然气、页岩气、盐矿等领域得到广泛应用。地面定向水平分支孔注浆在煤矿防治水领域的应用开始大面积推广,在钻进过程中经常发生各种各样事故,造成大量的人力、物力、财力的损失,甚至导致全孔报废及人员伤亡。因此,如何减少或是避免事故的发生,保证钻进工作的顺利进行,是当前面临的重要课题。本文结合冀中能源股份有限公司东庞矿9400采区奥灰含水层区域注浆改造一期工程钻探工程DB2-E3地面定向水平孔施工时发生卡埋钻事故成功处理的实例,总结了水平注浆孔卡埋钻事故预防措施,对水平孔安全施工具有一定参考意义。     

薄层灰岩地面水平分支孔超前探查治理地质构造技术

针对矿井深部煤层开采受底板高承压奥灰水威胁的难题,羊东矿引入水平定向钻探先进技术,对8466工作面进行了地面区域治理。通过研究实践钻进中遇到褶曲、断层寻找大青薄层灰岩的方法,注浆封孔后高效率钻进等关键技术,在厚度为5.5 m的大青薄层灰岩中成功地施工了长距离水平分支钻孔,对地质构造进行了超前精准探查,注浆治理了导水构造和岩溶裂隙带,加固了大青薄层灰岩含水层。采用物探、钻探两种方法,对注浆治理效果进行验证,达到了封堵导水通道和加固煤层底板的目的,保证了工作面的安全开采。     

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。     

城郊煤矿薄层灰岩水害治理技术研究与实践

为解决城郊煤矿井下水害常规注浆治理效果不佳的问题,依托地面水平定向钻进技术形成的区域超前治理技术,为治理该煤矿底板灰岩水害提供了新的技术途径。经过研究论证,该煤矿十四辅助采区地面区域治理选择太原组上段L₁₀灰岩为治理目的层,防止底板水害。通过施工三个地面孔组(D1、D2、D3孔)共35个水平分支孔,对治理区太原组上段L₁₀灰岩地质、水文地质及隐伏含(导)水构造等进行探查,并通过高压注浆治理将目的层改造成有效隔水层;施工的井下验证钻孔涌水量均小于10 m³/h,治理效果良好;治理后计算十四辅助采区F21405工作面最大突水系数为0.044 MPa/m,符合突水系数安全值不大于0.06MPa/m的标准,无突水威胁,可以安全回采。     

新安矿底板灰岩水害超前探查治理技术研究与应用

为了解决新安矿采用常规回转钻进方式进行底板灰岩水害超前探查钻孔施工存在轨迹无法有效控制、钻孔深度小、存在治理空白区域的问题，提出了利用大功率定向钻进装备施工定向长钻孔来解决以上问题的技术方案，为了保证超前探查效果，进行了目标层精准定向钻进技术研究，同时，针对灰岩层出水后常规注浆加固方式存在的水泥堵孔问题，研究了孔内局部注浆加固技术。利用成套装备与技术，成功在新安煤矿15150综采工作面下部底板巷施工了2个孔深超过500 m的超前探查长钻孔，探清了该底板岩巷掘进方向前500 m范围底板奥灰含水情况，并在1#孔深280 m处成功实施了孔内局部注浆，注浆压力达到8 MPa，总注浆量达到514 t，在煤矿井下首次实现了孔内局部注浆，并取得了良好的注浆加固效果，为该底板岩巷的安全掘进提供了安全保障。     

桃园煤矿Ⅱ2采区井下放水试验探查分析

为查明桃园煤矿Ⅱ2采区太原组灰岩含水层的富水性条件及其与奥灰含水层之间的水力联系,在Ⅱ2采区太原组灰岩含水层物探及钻探探查结果的基础上,利用Ⅱ2采区井下太灰水群孔放水试验,通过对各水文观测孔的水位降深和水位恢复观测,对Ⅱ2采区太灰含水层富水性特征及其与奥灰间的水力联系进行了探查。结果表明:Ⅱ2采区内太灰富水性好,整体渗透性强,采区内部太灰与奥灰存在明显水力联系。     

浅埋灰岩含水层互嵌式射流改造方法研究

针对浅部灰岩含水层无法采用地面定向钻进技术进行区域治理的难题,引入射流造孔技术,实现对下组煤开采浅部灰岩含水层的注浆改造。分析了射流孔岩屑堆积影响因素,提出注浆条件改善工艺。设计了单孔三分支布孔形式,形成射流孔注浆施工流程。通过直孔梅花形布孔和互嵌式射流布孔实现对治理区域全面覆盖。     

鹤煤公司寺湾井底板注浆加固工程技术实践

寺湾井开采石炭系太原组底部一11煤和一22煤。本溪组灰岩水压为0.4 MPa,奥灰水水位标高为+130 m,上距一11煤底板35 m,奥灰水压为1.1 MPa。带压开采存在奥灰水突水淹井危险。为消除底板本溪灰岩和奥灰岩溶水的突水威胁,开展了一11煤底板加固注浆可行性研究,在1806工作面针对本溪组灰岩进行了底板注浆改造工业性试验。试验证明,底板注浆加固效果明显。     

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。     

黄河北煤田顶底板定向注浆关键技术

为有效解决我国黄河北煤田面临的顶底板含水层双重水害问题,以山东能源邱集煤矿水害治理为例,在矿井水文地质和水害特征分析的基础上,确定了超前主动、区域协同、逢漏必注和安全推进的防治水理念;提出了"顶底板同注+帷幕注浆"的灰岩水害治理技术,采用"梅花式"与"上下穿层式"的钻探方式实现了含水层岩溶裂隙和隐蔽导水通道的有效探查,通过等距离定向钻孔和井上下水文钻孔实时观测技术确保了高质量精准注浆;截至2018年底注浆工程共施工19个主孔,95个分支孔,累计完成进尺64 183.74 m,注入水泥329 035 t、粉煤灰24 845t。结果表明:注浆治理后区域内四五灰和徐灰的水压明显减小,涌水量均小于10 m~3/h,实现了11煤层的安全揭露和工作面试采,说明黄河北煤田定向注浆关键技术可以有效封堵含水层岩溶裂隙和隐蔽导水通道,实现含水层岩溶裂隙和导水通道的高质量精准注浆。     

介休鑫峪沟煤矿地面2号注浆孔钻探施工技术

山西介休鑫峪沟煤矿2号地面定向水平多分支钻孔,是采用注浆技术封堵奥灰水导水补给通道的注浆钻孔,本孔实际完成总工作量2194.86 m,其中直孔段490.27 m,水平孔段累计1704.59 m。本文详细介绍了该注浆钻孔施工的主要设备、冲洗液及钻探施工技术,并对钻探施工中的难点和经验体会进行了总结,为同类工程施工提供借鉴。     

地面定向钻进技术在导水断层治理中的技术研究与应用

随着煤矿开采,上组煤资源逐渐枯竭,矿井向下组煤延伸。开采下组煤主要的水害威胁为奥陶系灰岩承压水,在煤层带压开采过程中,预防奥灰突水成为下组煤开采过程中水害防治的重中之重,其中导水断层为诱发奥灰突水最主要的导水通道之一。为了有效的封堵由断层产生的导水通道,冀中能源股份有限公司邯郸郭二庄矿采用地面定向钻进结合地面注浆技术,对已探查出的采煤工作面附近的张性断层(F292断层)进行注浆加固改造,最终达到封堵断层导突水裂隙、降低奥灰突水风险的目的。实践结果表明,该项工程的实施有效的对F292断层导水性进行改造治理,实现安全生产。     

深井软岩巷道地面超前探查预注浆技术

为提高深井软岩巷道围岩掘进过程中的稳定性和安全性,采用定向钻进L型钻孔地面预注浆加固技术对城郊煤矿二水平南翼回风大巷进行了超前探查和注浆治理.工程通过施工地面定向钻孔,有效探查了治理区内地层、构造特征,同时在水平孔段注浆总量为1373.78 t,单位注浆量为1.99 t/m,注浆孔口压力达到15.0～15.8 MPa,...     

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。     

煤矿灰岩层水平井注浆技术研究

通过煤矿底板灰岩含水层水平井注浆加固治理,可较好地解决煤矿底板防治水难题。为了提高水平井注浆加固灰岩含水层的效果,以界沟煤矿东一下采区水平井为研究对象,根据灰岩含水层渗透性特征,确定了扩散半径、浆液类型及配比。结合水平孔钻进情况,运用破壁和清水洗井技术,进行压水试验和静压升压注浆加固治理;确定了注浆压力、终止流量、注浆数量;在注浆顺序、装备选型、水平注浆、效果验证等关键技术进行了研究应用。结果表明,治理区采用扩散半径27 m,灰岩采用水泥浆单浆液;清除泥皮,清水洗井,选配高速制浆和智能化注浆装备,进行孔口分段式注浆,递增升压至10 MPa,注浆量提升至0.8 t/m,有效提升加固治理效果。