典型煤矿区小煤窑老空水探查治理关键技术及其应用

以峰峰矿区辛安矿为例,经探查在+32 m、-100 m水平矿井涌水量中,周边小煤窑老空水约占总涌水量的70%。现已探明采空区内有3处重要涌水点均在大青灰岩含水层,最大涌水量可达6 m³/min。由于涌水点位于封闭采空区,井下不具备定向钻探施工的条件。因此,拟采用地面多分支水平井定向钻探技术对大青灰岩含水层进行探查,通过综合运用超浅垂深定向施工、立体通道精细探查、定向水平孔投料、过水通道动水快速封堵等关键技术,不仅可以高效的识别出采空区涌水点,而且经现场抽水验证,地面多分支水平井注浆技术能够对井下突水点精准有效封堵。     

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。     

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。     

应用地面定向钻治理煤层陷落柱突水问题

朱庄煤矿Ⅲ6213工作面在回采过程中发生突水事故,涌水量达到170 m~3/h。分析得出,造成突水的水源为灰岩水,导水通道为陷落柱,但是该出水点位于采空区,由于回采导致底板破坏,井下不具备治理的可行性。因此采用地面定向钻孔技术对陷落柱及其附近区域进行探查,钻孔揭露导水通道后,采用骨料灌注、水泥粉煤灰双浆液高压注浆技术对导水通道进行快速封堵。最后设计探查加固孔既对陷落柱治理效果进行检查,彻底消除突水隐患。经过历时108 d的治理,突水点的涌水量由初期的170 m~3/h减少到治理后的小于5 m~3/h,Ⅲ6213工作面于2014年11月2日安全完成回采,回采期间工作面无出水现象。     

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。     

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。     

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。     

煤矿采空区上覆岩层裂隙带透水治理研究

针对矿井地质构造和上覆岩层裂隙带影响,上覆砂岩含水层在采空区出现大面积滞后出水,出水通道具有多样性、复杂性和范围大等特点,以及地面直钻孔注浆堵水效果不佳的问题,镇城底矿对水文地质条件进行探查,施工定向水平主孔和多个水平分支钻孔,通过采取地面定向钻孔注浆技术,在煤层顶板裂隙带中形成隔水层,实践取得良好的注浆堵水效果。     

长距离定向近水平顺层分支钻孔注浆堵水技术研究

华北地区浅部煤炭资源的开采进入末期,越来越多的矿井进入深部开采,深部开采面临的高水压、高地温、高地应力等地质灾害,且浅部开采中的治理方法措施对于深部开采并不适用。邯邢地区随着采深的增大,煤层底板受高承压的奥陶系灰岩水的威胁日趋严重,以冀中股份邢东矿为例,该矿采深达1 000 m以深,生产区域受奥陶系灰岩承压水威胁且奥陶系灰岩裂隙、构造发育,传统地面注浆治理方法直孔段工程量大、效率低、费用高,跟不上工作面生产接替;井下注浆治理又面临超高底板水压控制问题,安全风险大。因此,有必要采用新的技术手段,本文致力于长距离定向近水平顺层分支钻孔进行注浆堵水技术工艺研究,提高探查效率,降低探查治理费用。     

采空区上覆岩层透水治理实例研究

煤层开采后受构造及裂隙带影响,上覆砂岩含水层在采空区出现大面积滞后出水,出水通道具有多样性、复杂性和范围大等特点,地面直钻孔注浆堵水效果不佳。本文在地质条件探查分析的基础上,施工定向水平主孔和多个水平分支钻孔,采用地面定向钻进及注浆技术,在煤层顶板裂隙带中形成隔水层,取得了良好的注浆堵水效果。     

径向水力喷射钻井技术在煤矿注浆孔中的应用

采用石油行业径向水平喷射钻井技术在煤矿注浆堵水方面可实现水平定向射流成孔,在薄层灰岩、奥陶系灰岩承压含水层中寻找沟通裂隙,尤其在直井或分支井段较小漏水的情况下可进行多分支喷射,还可以加适量盐酸、酸化缓蚀剂进行局部酸化沟通裂隙,压裂地层,从而降低注浆压力,提高注浆堵水效果。径向水力喷射钻井在峰峰集团梧桐庄矿9号注浆孔应用取得了一定的成效。该技术也可作为地热井增大水量的一种手段。     

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。     

高承压动水条件下裂隙型突水封堵技术研究

基于邢东矿2228工作面出水封堵项目,研究动水条件下出水通道封堵技术。底板突水是威胁我国煤矿安全生产的主要灾害之一,随着我国进入下组煤的开采以及开采煤层深度的加大,煤矿受奥灰承压水的威胁越来越严重。煤层开采后,在采动应力与水压力共同作用下会引起底板岩体破坏失稳,引发底板裂隙奥灰突水,逐步成为主要的底板突水形式。发生底板突水后,首要问题便是对出水通道的封堵,目前对出水通道的封堵局限在静水条件下实施,需对出水通道在动水条件下进行封堵展开研究。     

定向钻进技术在深部薄层灰岩隐伏导水构造探查中的应用

新集二矿底层煤组开采面临底板灰岩水害的威胁。受巨厚推覆体的影响,三维地震勘探技术无法准确查明推覆体下导水构造的发育情况,针对这一问题,研究采用地面近水平定向钻进技术对C312灰岩层内隐伏导水构造进行探查。利用岩屑录井、钻时录井、随钻伽马测量及无线随钻测量等手段指导钻孔轨迹在目标层C312灰岩中前进。探查结果表明,C312灰岩富水性弱,水文地质条件简单,未发现陷落柱及垂向隐伏导（含）水构造,为矿井转变防治水模式提供了数据支撑,也为后续注浆治理提供了准确的地质信息。这一探查方法为类似地质条件下隐伏导水构造探查治理及防治水模式转变提供了借鉴。     

新集二矿1煤220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理及效果评价

淮南煤田是典型的华北型煤田,中煤新集能源股份有限公司新集二矿位于淮南煤田的南部,该矿区山西组1煤层处于“高水压薄阻水层”环境,开采过程遭受下伏高压灰岩岩溶承压水的威胁,加之本矿区独特的地理构造位置,形成了叠加大规模逆冲断层的多种垂向隐伏构造格局,因受煤系地层上覆巨厚推覆体片麻岩和寒武系高屏蔽及地表水体的影响,地面三维地震勘探效果不佳,难以查明1煤组至底板灰岩强含水层的垂向导(含)水通道,因此上述因素的叠加加剧了煤炭资源安全开采的水害威胁,提升了采煤事故发生概率。矿方结合采掘规划,严格按照相关要求,对受高压奥灰水威胁的1煤220106工作面开展了地面超前区域探查治理工程,以期采用多分支水平定向井工艺,在工作面内区域探查隐伏导水构造,并通过高压水泥注浆的方式进行封堵,达到工作面安全掘进与回采的目的。本文重点对新集二矿1煤220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理工程及其效果进行评价,可为该工作面的掘进与回采提供依据,为本区类似工程的开展提供参照。     

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。     

层内非均质油藏二元堵水可视化实验研究

随着单井含水逐渐上升和堵水等增产措施规模开展,油田高效开发管理对水平井控水技术提出了更高的要求。顺序注入泡沫和凝胶的水平井二元堵水技术可以避免目前水平井堵水针对性弱,效果差异大的问题,但其最优模式尚不清楚。针对水平井二元堵水注入模式优化的问题,开展了微观可视化实验和单井级别模拟,微观实验结果显示先注泡沫+后注凝胶模式有助于凝胶后续增油,对应采出程度增加26.1个百分点,显著高于先注凝胶+后注泡沫模式的15.8个百分点;单井级别模拟和微观可视化实验结果吻合,水平段处于非均质储层和趾端存在高渗通道的情况下泡沫+强凝胶堵水效果最佳,且高黏度的凝胶堵塞可以保证二次水驱期间堵剂稳定性,有利于更高的增油效果。因此,对于层内非均质水平井的二元堵水,推荐泡沫+强凝胶的堵水模式。     

水平定向钻进铺管技术在盐碱地改良中的应用

土壤盐碱化作为一种渐进性环境地质灾害,已严重制约着人类生活与社会经济的发展,对盐碱地实施改良和微咸水开发利用已成为世界关注的热点。以往的盐碱地改良多用明渠、暗管排水、暗管结合大口径竖井抽排、种植耐碱性植物等方法,明渠及埋设暗管对地表的开挖破坏性极大、且排水量及适用深度有限、植物改良存在周期长、费时费力等诸多缺点。水平定向钻进铺管技术可将滤水管以水平或近似水平安装在含水层中(水平井),可垂直于含水层流向长距离铺设,与传统改良方式相比能获得较大的出水量、成本低、且施工对环境影响小等诸多优势,工程实例证明,该施工工艺技术为盐碱地改良、地下咸水开发利用、浅层低渗透性地下水资源开采等提供了较理想的工艺方法。