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。     

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。     

杨庄煤矿封闭不良钻孔治理技术应用

受采掘活动影响,杨庄煤矿Ⅲ610机巷放1孔组各钻孔套管封闭受到破坏,底板存在突水风险。为消除水害隐患,分析了煤层底板太原组上段灰岩含水层之间关系及各含水层富水性,统计了各含水层涌水量情况,选取治理关键层位,最终决定采用地面定向钻高压注浆治理技术针对性治理封闭不良钻孔水害问题。通过地面定向钻探、高压注浆组合工艺的实施,使放水孔孔底位置灰岩含水层岩溶裂隙得到充填加固,彻底切断导水通道,阻隔出水水源,总涌水量由350 m³/h逐步衰减至4 m³/h,堵水率达到99%,彻底根治了封闭不良钻孔水害问题,治理效果显著。     

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。     

定向注浆不同注浆压力下浆液扩散特性研究

为研究定向注浆不同注浆压力下的浆液扩散特征,以黄河北煤田开采受顶底板灰岩水威胁为背景,通过采用理论分析、试验模拟和工程分析等方法,获得了不同注浆压力下平行分支孔浆液时空扩散特性。结果表明：定向分支钻孔的最佳注浆时间为40 min,最佳注浆压力为11 MPa,为受岩溶承压水威胁的黄河北煤田及其类似矿井的科学安全开采提供了参考。     

注浆改造顶-底板灰岩含水层技术应用实践研究

华北地区石炭-二叠系煤层山东黄河北煤田受顶-底板灰岩含水层水害威胁,下组煤开采风险极大.针对此类地质条件,经分析、总结、探索,提出了一种双层多分支顺层钻孔注浆改造顶-底板灰岩含水层方法,实现了对顶-底板灰岩含水层的治理.该方法创新采用了顶底板钻孔共用一开段,根据岩层赋存情况,确定了不同治理目标,并采取了针对性的治理方法...     

准格尔矿区井下水害区域超前探查防治技术

针对准格尔矿区西部6号煤层受底板奥灰水和顶板砂岩水双重威胁,水害事故频发,严重制约着煤炭安全高效开采等问题,提出采用井下超长水平定向钻孔技术,对煤层顶板砂岩水进行预疏放,对煤层底板岩溶陷落柱及裂隙进行探查与封堵。分别从目的层位优选、钻孔轨迹控制、钻孔注浆工艺、钻孔施工等方面对井下水害区域超前探查防治技术进行了研究。并在准格尔煤田龙王沟煤矿61605工作面进行现场应用,钻孔孔深普遍大于1100m,岩层最大孔深达1227m,钻进过程中局部裂隙发育,裂隙注浆量460.42t,未发现大的导水通道及强富水区,为煤炭安全可持续开采提供了重要的地质依据。     

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。     

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。     

黄河北煤田定向钻孔注浆效果的全周期评价方法

含水层注浆是治理煤矿底板水害的主要方法之一。为研究定向钻分支孔注浆的实际效果，以山东省邱集煤矿现场注浆作为工程背景，基于源头保障、过程控制、科学分析的注浆效果评价原则，通过钻孔顺层率、注浆终压、浆液流量、透水率、注浆后岩层渗透系数和涌水量等参数从注浆前、注浆中和注浆后3个时期对注浆效果进行全周期综合评价。结果表明，注浆改造后灰岩的渗透系数0.000 613 m/d，具备了极微透水岩体的条件，预计煤层开采时底板正常涌水量27.37 m3/h，最大涌水量41.06 m3/h，定向钻孔注浆对岩溶裂隙和导水通道等进行了有效封堵，满足了工作面的回采要求，表明定向钻孔注浆的全周期评价方法是科学合理的。     

黄河北煤田顶底板双灰岩水害分析及防治技术

为了研究黄河北煤田下组煤开采所受水害问题并制定防治方法,通过分析区内主要水害类型及其对矿井安全生产的影响,得出11煤开采主要受直接顶部四五灰涌水及底板徐灰突水威胁,同时两含水层均与奥灰存在密切水力联系;基于黄河北煤田11煤特殊水文地质条件,提出"顶板灰岩帷幕截流,底板灰岩区域治理"方法治理顶底板双灰岩水害,并应用于区内典型矿井,同时探讨了水害治理效果。结果表明底板徐灰治理效果较好,顶部四五灰帷幕需全部搭接才能检验截流效果。     

深井顶板水害定向钻孔及控域注浆关键技术

煤层开采易引发工作面顶板大面积突水灾害,注浆治理技术为有效的水害治理手段。针对王楼煤矿工作面开采过程中顶板侏罗系含水层突水灾害治理难题,根据构造动力学分析导水通道及集中出水点,采用地面定向钻孔及控域注浆技术堵截导水通道。结合工作面监测涌水量、水文观测孔水文变化及物探结果分析可知,注浆堵水效果显著。     

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。     

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。     

华北煤田下组煤底板岩溶含水层注浆改造技术应用及发展趋势

我国华北煤田含煤地层主要为石炭—二叠纪。由于煤系地层绝大多数直接沉积在奥陶系灰岩强承压岩溶含水层之上,其下部煤层(下组煤)距离奥陶系灰岩较近,开采过程中多次发生底板突水事故。为此,我国专家学者开展了大量的研究工作,在下组煤底板突水危险性评价理论和方法方面取得了丰富的研究成果。但是,由于华北煤田分布广,地质水文地质条件千差万别,这些理论和方法存在一定的局限性,下组煤突水事故仍时有发生。因此,下组煤底板岩溶含水层注浆改造成为近年来我国煤炭行业重点研究的课题之一。首先系统地介绍了我国下组煤底板岩溶含水层大面积注浆改造布孔方式发展历程,即由井下巷道扇形钻孔→井下巷道定向钻孔→地面定向钻孔;其次介绍了放水试验法、钻孔涌水量法和电阻率CT、震波检层、无线电波透视与瞬变电磁等物探方法在下组煤底板岩溶含水层大面积注浆改造效果评价中的应用状况;最后指出了未来下组煤防治水技术的发展趋势:(1)在进一步深入研究底板突水理论的基础上,研究浆液和下组煤底板岩溶地层的相互作用机理;(2)采用地面定向钻孔方式,对下组煤底板岩溶含水层进行注浆改造,优化注浆工艺;(3)结合水平定向钻孔工艺,研究经济高效的物探技术,实现对深部下组煤底板突水危险性和底板岩溶含水层注浆改造效果的精准探测与评价。     

千米钻机在煤层底板注浆加固防水工程的应用

针对赵固一矿采用全液压钻机施工常规钻孔进行煤层底板注浆改造存在的问题,利用ZDY-6000LD履带式全液压钻机的定向钻进技术进行造斜钻进,并在工作面进行分支钻进,完成了煤层底板注浆加固定向钻孔的施工。实现了煤层底板水害超前防治的重大突破,起到了区域煤层底板注浆超前治理、增加钻孔钻遇含水层的有效孔段、提高钻孔钻遇裂隙率、对地质构造进行超前探测等方面"一孔多用"的作用。     

千米钻机在煤层底板注浆加固防水工程的应用

针对赵固一矿采用全液压钻机施工常规钻孔进行煤层底板注浆改造存在的问题,利用ZDY-6000LD履带式全液压钻机的定向钻进技术进行造斜钻进,并在工作面进行分支钻进,完成了煤层底板注浆加固定向钻孔的施工。实现了煤层底板水害超前防治的重大突破,起到了区域煤层底板注浆超前治理、增加钻孔钻遇含水层的有效孔段、提高钻孔钻遇裂隙率、对地质构造进行超前探测等方面"一孔多用"的作用。     

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。     

龙门峡北矿煤层顶底板灰岩水害分析与治理研究

针对龙门峡北矿顶底板强含水地层潜在的矿井突水风险,合理运用水文地质物探技术,超前探明顶、底板含水层导水通道突水是矿井涌水的主要来源,提出有效治理方案对矿井强含水层截流区域水害进行治理。     

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。