地面区域探查、治理钻孔布设优化

周永引

摘要：煤矿开采中灰岩水地面区域探查、治理工程是个新课题，底板灰岩水地面超前区域探查治理技术是近灰岩水害防治新技术,该技术具有诸多优点，比如具有探查面积大、钻孔轨迹精度高、施工安全、不受场地地形环境影响、可超前探查不受开采进度影响、水害隐患整体消除效果好等等优点。顺层多分支水平孔钻探技术在地面区域超前探查与治理水害的方法得到了广泛应用，该项技术值得同行借鉴。

关键词：区域探查；钻孔布设；实施；效果

淮南矿区A组煤受底板灰岩水害威胁，为实现的工作面安全回采，需要在采掘活动前进行地面区域探查治理。地面定向分支水平钻孔，在地面钻凿直孔，然后在适当深度进行定向造斜，最后在一定深度形成定向水平钻孔群，见图1。地面钻孔具有探查面积大、钻孔轨迹精度高、施工安全、不受场地地形环境影响、可超前探查不受开采进度影响等优点。顺层多分支水平孔钻探技术在地面区域超前探查与治理水害的方法得到了广泛应用。

图1  地面区域探查、、治理钻孔布设

1问题的提出

矿井水害一直以来是两淮煤田的重大灾害之一，严重威胁着矿井的安全生产。淮南矿区浅部煤炭资源逐渐枯竭，但深部煤炭资源储量丰富、煤质较好，因此，煤矿逐步向深部水平延伸开采，不得不面临灰岩水害的威胁。近年来，两淮矿区发生过较大的灰岩突水事故，如2013年2月3日淮北矿业集团桃园煤矿发生一起奥灰陷落柱突水，事故造成1人死亡，矿井被淹；2017年潘二煤矿“5·12”灰岩突水事故，最大突水量为14 520 m3/h，事故造成矿井被淹。张集煤矿根据生产接替规划，需解放东一1煤上采区西翼煤层，依据底板灰岩水害防治思路，实施张集煤矿东一1煤上采区西翼开采底板灰岩水害地面区域探查治理工程，原设计在水平孔两侧实施“羽状”若干分支孔（又称鱼刺孔）钻孔布设，该方法低效透孔相对较多，影响生产效率和孔内安全。如何在满足煤业公司4#文分段注浆要求前提下，用最少的工程量达到最好的探查治理目的是需要解决的问题。

2具体实施方式

张集东一Ⅰ期工程主要目的是掩护系统巷道掘进，治理区域位于采区预治理区域的东部，南北走向长约1.38km，东西倾斜长约0.51km，治理面积0.75km2。治理区域平面上呈不规则形状，有12个拐点，增加了钻孔布设的难度。

2.1原设计方案

采用单一的“羽状”布设3个主孔、38个分支孔，水平段进尺18030m，透孔13082m。进尺相对减少，重复透孔段增多。钻孔布设见图3，钻孔工程量表1。

2.2优化后的方案

采用“笆斗状”和“羽状”搭配布设3个主孔、30个分支孔，水平段进尺19928m，透孔11647m。进尺相对增多，重复透孔段减少。优化后钻孔布设见图3，工程量见表2.

2.3新老方案对比

原设计采用“羽状”布设，治理范围小，治理盲区需补充治理，故分支孔多，有效进尺少，透孔量相对较多，只适用在治理区域简单，施工条件较好的区域施工。

优化后结合治理区域采用“笆斗状”和“羽状”灵活搭配布设。“笆斗状”分支孔相对较长，施工难度大；“羽状”分支孔相对较多，施工难度小，两种类型相互补充，能大面积覆盖治理区域，减少多余的分支孔数量，增加有效进尺，减少透孔工程量。

3存在的不足

“笆斗状”布设的分支孔一般较长，越往深部施工，托压现象越明显，故位垂比不宜过大，一般控制在1.5左右，不要超过2。分支拐点尽量靠前，分支拐点越靠后，滑动摩阻越大，越难控制井眼轨迹，在定向钻进时尽量多复合少滑动。

4有益效果

张集东一I期工程设计3个主孔、30个分支孔，于2021年5月开工，截至2022年12月已顺利完成3个主孔、26个分支孔，完成总工程量的75%，验证了该理论成果的合理性、可行性。有益效果如下：比原设计增加了1898m有效进尺，增加产值455.3万元；比原设计减少了1435m低效透孔，透孔容易岔新孔，产生的费用和进尺费用一样，减少透孔工程量节省产值382.8万元；有效进尺越多，对下一步注浆治理效果越好；在同一孔段重复透孔，破坏了该段地层的稳定性，容易发生埋钻事故。减少低效透孔能够有效降低埋钻事故的安全风险；对治理区域条件没有要求，可根据施工条件灵活布设，治理区域越复杂，布设效果越明显；该成果可在布设灰岩水害地面区域探查钻孔、煤层气开发钻孔等多分支水平定向钻孔群方面推广应用，在推动地面钻孔优化设计上有重要意义。

5 结束语

淮南矿区A组煤受底板灰岩水害威胁，为实现的工作面安全回采，在采掘区域地面施工定向分支水平钻孔群进行探查治理。以往采用“羽状”形布设，治理范围小，治理盲区需补充治理，故分支孔多，有效进尺少，透孔量相对较多，只适用于治理区域简单，施工条件较好的区域施工。优化后结合治理区域采用“笆斗状”和“羽状”灵活搭配布设，能大面积覆盖治理区域，减少多余的分支孔数量，增加有效进尺，减少透孔工程量。该成果可根据治理区域不同特点灵活布设，可应用于灰岩水害地面区域探查钻孔、煤层气开发钻孔等同类型多分支水平定向钻孔群的布设，有重要的参考价值。

参考文献：

[1] 郑士田.两淮煤田煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术[J].煤田地质与勘探，2018,46(4):142-146，153.

[2] 赵成喜. 淮北矿区深部岩溶突水机理及治理模式[D].徐州：中国矿业大学,2015.

[3] 甘林堂.淮南矿区A组煤底板灰岩水防治及潘二矿突水事故原因分析[J].煤矿安全,2018,49(7):171-174，180.

1