范增修

（冀中能源股份有限公司 邢东矿，河北 邢台 054000）

1 概 况

邢东矿1300采区主采2号煤，2号煤底板距奥灰顶面平均距离为165 m，煤层底板承压高，地质构造发育。1300采区大巷布置在井田1300采区中部，开掘标高-760—-680 m。1300采区大巷揭露地层位于6号煤以上，距奥灰含水层最近距离108 m，大巷掘进区域范围内发育多条断层，断层拉近了含水层与煤层的距离，同时断层的阻隔水性能低于完整岩层，且存在发育为导含水断层的可能性，其中F19、F15断层由于落差较大，对大巷掘进产生极大影响。

F15断层走向北东，倾向南东，-750 m水平的6煤至9煤与奥灰八段以断层相接触，-750 m的2号煤与断层北侧的大青灰岩相对应，它们之间存在一定的水力联系。井田内D水11和D水12两孔奥灰水水质中硫酸根离子含量较高，说明煤系水在F1对口部位补给西侧奥灰的同时，也通过北部F15断层先补给井田内和F15断层以北的奥灰以后，再从北部的奥灰补给F1断层以西的奥灰。F19断层走向北东，倾向南东，-750 m以浅的2煤至9煤全与奥灰地层相对应，在深部断层两侧含水层对口部位。另根据水文地质补勘时对水文孔进行抽水试验结果，水4孔和水5孔分别处于F19断层两侧，水5孔抽水开始后水4孔水位下降，可以初步推断F19断层两侧的奥陶统八段岩溶裂隙水局部存在水力联系。

综上所述，F15、F19断层含导水性需要进一步查清。因此，为保证1300采区大巷掘进安全，通过地面定向水平分支钻孔技术，探查构造发育情况、断层的导含水性，通过注浆工程切断奥灰水补给通道。

2 地面定向分支孔设计

2.1 钻探设计

设计地面孔主孔1个，编号为XD2；在两条大巷两侧55 m及两巷正下方各布置1个水平分支钻孔，共4个，编号为B1～B4孔，后根据钻探实际情况增加1个检查孔B1-1。设计孔口止浆、高压注浆的注浆工艺。注浆材料以水泥单液浆为主，孔口注浆终压为7.0 MPa。平面布置如图1所示。

图1 钻孔布置平面Fig.1 Drilling hole layout plane

2.1.1 钻孔剖面

地面主孔XD2剖面如图2所示。

图2 XD2钻孔剖面图Fig.2 No.XD2 drilling hole profile

B3孔为1300采区开拓大巷区域施工的第二个分支钻孔，如图3所示。

图3 B3钻孔剖面图Fig.3 No.B3 drilling hole profile

B2孔为1300采区开拓大巷区域施工的第三个分支钻孔，如图4所示。

图4 B2钻孔剖面图Fig.4 No.B2 drilling hole profile

2.1.2 钻孔结构

XD2钻孔采用三开两层套管结构。

一开：斜直孔段，0～258 m，垂深257.5 m，偏移-3.61 m，孔径311 mm，下入φ244.5 mm×8.94 mm孔口管，至基岩层段10 m。

二开：斜直孔+造斜段，套管下深935.94 m，垂深849.64 m，位移-31.6 m，孔径216 mm，下入φ177.8 mm×8.05 mm套管，穿过2号煤78.5 m。

三开：裸孔，导斜段加近水平段，孔径152 mm，沿野青灰岩附近大段砂岩层位内钻进。

2.1.3 钻探施工要求

钻探施工必须保证主孔轨迹能够满足水平分支孔的施工，以及水平分支孔轨迹满足控制点及靶点要求，关键控制点误差不超过1.5 m，钻孔轨迹与设计轨迹误差不超过5 m。近2煤至终孔，每1 m捞1包砂样至完钻，并做好鉴定，建立地层剖面。钻进过程中做好钻孔原始记录，钻探过程中如遇漏水、塌孔、缩径、掉钻等现象时，要详细记录其发生的层位、深度及量值，对换径变层等重要环节也要进行详细记录。

钻时录井，自基岩段每1 m记录1个点，至完井。要随时记录钻时突变点，以便及时发现构造异常区等。必须经常核对钻具长度和井深，每打完1个单根和起钻前必须校对井深，井深误差不得超过0.1 m。全井漏取钻时点数不得超过总数的0.5%，目标层井段钻时点不得漏取。

钻井液录井，每8 h做一次全性能测定；每2 h测定一次一般性能（密度、粘度）。发现异常时，要连续测定钻井液密度、粘度，并做好记录。

简易水文观测，全井钻进过程中均应严格按照钻井要求做好简易水文观测记录工作。每次起钻后、下钻前测量一次水位（井筒液面）；每钻进2 h记录一次钻井液消耗量（泥浆池液面），进入目标层后每0.5 h记录一次钻井液消耗量。

2.2 注浆工程设计

注浆工程的主要目的是充填野青灰岩底部溶隙和裂隙，封堵断层等构造薄弱区段，注浆过程中采用合理的注浆工艺保证工程质量。注浆方式采用孔口止浆、高压注浆法。

2.2.1 注浆条件

（1）当钻孔未揭露构造时，遇见冲洗液少量漏失现象时，采取调配堵漏剂堵漏钻进；遇见冲洗液大量漏失现象时，采用稠水泥浆堵漏钻进。

（2）当钻孔揭露构造后，遇见冲洗液漏失量大于5 m3/h时，向前钻进10 m，待完成清水替浆、酸化洗井、抽水洗井、压水等工作后，进行高压注浆。钻进过程中若持续钻进200 m或穿过落差大于10 m的断层，冲洗液漏失量不大于5 m3/h时，根据现场施工情况安排清水替浆、酸化洗井、抽水洗井、压水、注浆等工作。

（3）各水平分支钻孔钻井完成后压入清水替换冲洗液，先采用酸化洗井，然后下入潜水泵，进行抽水洗井，至水清砂净，进行全段高压连续注浆。

2.2.2 注浆材料

水泥采用32.5号矿渣硅酸盐水泥。水泥单液浆中可加入0.03%～0.05%三乙醇胺和0.3%～0.5%食盐作为早强剂。

2.2.3 浆液类型

此次探查治理工程采用地面注浆站造浆，通过专用输浆管路送至探查治理钻孔，主要浆液类型为水泥单液浆，水灰比1∶1～3∶1。

2.2.4 注浆工序

（1）每次注浆前，均要进行压水。主要目的是疏通注浆管路及孔内岩石裂隙、测定单位受注层段吸水率。

（2）根据压水试验结果，确定浆液类型及其浓度。一般来讲，须先用稀浆进行试注，了解该孔吃浆量大小及孔口压力情况，调整浆液浓度。

（3）若遇较大溶洞、裂隙，采用间歇注浆方式时，单次注浆结束后，要向孔内压水，之后及时下钻具扫孔至孔底。

（4）要对压水试验及注浆过程进行详细记录。按照注浆班报记录表的格式如实测定并记录浆液的比重、泵量、泵压、孔口压力等参数；及时汇总注浆量资料、注浆前后压水试验资料，绘制观测孔水位、注浆量历时曲线，分析注浆效果，为下一步施工提供依据。

2.2.5 单孔注浆结束标准

（1）注浆总压。注浆压力的大小直接影响浆液的扩散距离与有效的充填范围。为使浆液有适当的扩散范围，既不可将压力定得过低，造成漏注，也不可将压力定得太高，致使浆液扩散太远。注浆孔口压力为7.0 MPa，当孔口压力达到7.0 MPa时，即可认为该受注层段注浆已达到压力结束标准。

（2）单位吸水量标准。当注浆压力达到结束标准后，进行压水试验，测得单位吸水率q小于0.005 L/min·m·m（相当于粉砂岩的透水性）时，即可认为该段达到注浆结束标准。

3 钻探、注浆成果及注浆效果分析

工程共施工地面主孔1个，近水平分支孔5个，完成钻探工程量4 739 m，共完成2次漏失点注浆和4次终孔注浆，累计使用水泥618 t。根据注浆情况，施工了1个注浆检查孔，经检查，漏失点注浆效果良好

钻探施工过程中，仅出现2次大于5 m3/h的漏失情况，分别为5 m3/h（B3孔）和8.4 m3/h（B2漏失点），各孔穿过断层时，均未出现明显的钻井液消耗，未发现断层导通奥灰水现象。

4 掘进期间注浆效果验证

4.1 物、钻探

在大巷掘进过程中，连续施工直流电法超前探测，并对物探异常区、地面分支孔漏失点等重点区域进行钻探验证，均未发现水文异常现象。

4.2 巷道揭露情况

现1300大巷已基本施工完成，未发现水文异常，巷道在揭露断层过程中均未发现断层导（含）水现象。

5 结 语

以邢东矿1300采区大巷为研究对象，在大采深高承压复杂地质开采条件下，基于地面定向技术水平分支钻孔注浆技术在水平开拓前开始进行超前治理，实施地面治理为主、井下验证为辅的主动防治水害战略，为煤矿大巷掘进水害防治提供新理念和新思路，能够有效防止掘进期间大断层活化导通含水层引起的突水事故，保障大巷掘进安全。