李 贺

（晋能控股集团有限公司潘家窑矿，山西大同 037003）

对已发现的采面底板的异常区域进行钻探验证，是确保煤矿生产的一项关键工作，许多学者都在对其进行了深入的探索和验证，并在实践中获得了较好的结果。例如:史先志、张金陵等[1]对21109采面底板的防渗处理进行了研究，利用数值仿真技术对底板的扰动程度进行了预报，并给出了相应的防渗措施；刘宁[2]以阳煤五厂8136 采面为实例，运用物探技术勘探了矿区内的非正常区域，并给出了相应的钻井方案；时继虎[3]利用G1S技术，对煤矿灾害管理的信息化进行了探讨[1]。本文以晋能控股集团某矿为实例，在2204开采过程中，对物探探测技术勘探发现的2204开采底板的异常区域进行了钻井设计，并对其进行了验证和评估。

1 工程概述

1.1 采面概况

2204采面在2采区北部，东邻2202面采空区，西侧2206采面（实体煤），南部受地质构造影响较小的煤层，北部为采区运输、轨道及回风巷。2204 采平面的设计向为1320m，坡长150m，采面标高+552～+631m，与地面标高+890～+938m 相适应。采面开采5 号煤层，厚5.4m，煤的分布比较平稳。

1.2 地质概况

2204 采表面处于一单一斜段的上段，整个采平面总体表现为中间低、两端高的倾向。回采巷道开挖过程中，发现了12条断层，全部为垂直断裂，在断裂的周围，平均落差6m，煤体的厚度差异很大，顶面的裂隙比较大。

2204采区不存在陷落柱、岩浆岩入体现象，开采面的地质结构整体上处于中等水平。在采面采掘过程中，直接涌水水源主要是5号煤区顶板砂裂缝含水层，根据现场实测数据，每孔井涌水量在0.0125～0.0893L/(m·s)之间，富水性较弱，对工作面的生产没有明显的影响；采面间接水源在5 号煤的底板下伏灰岩（水位+760m）与太原组（+720m）时，5号煤与灰岩和太原组的距离分别为50m、78.6m。按照矿务局防洪办水规处的相关计算方法，得到了太原组和石炭组的突水因子0.0269～0.0342MPa/m、0.0162～0.0513MPa/m。由于地质结构的原因，各断面的突水因子普遍低于0.06MPa/m，因此，开采表面不会受到基底压力的影响。

开采平面西侧2202 采空区内侧的蓄水，经过前期清理，目前在采空区有4～6m3/min 的动力补水，但在疏泄过程中要密切观察疏泄井眼的排水量，以防止井眼发生堵塞。

2 采面底板物探异常区钻孔设计

利用瞬变电磁方法对采面和底板进行了检测，并给出了具体的测量结果。通过地球物理勘探，确定了YC1～YC6 的异常区，其中富水区2 个，高阻畸变区4 个。

异常区的具体分布为：YC1在5号煤的底板下74～106m 区间内,YC2 在5 号煤的底板下76～105m 区间内，YC3 在5 号煤的下半部60～126m 区间内，YC4 在5 号煤的下半部62～132m 区间内，YC5 在5 号煤的底板下面59～124m区间内，YC6在5号煤的底板下面69～114m区间内。

图1 瞬变电磁法勘探结果

在采面物理勘探成果的基础上，决定布置6个勘探区和12个探井，共计2533m的钻井进尺，目的是为了对2204 采面进行物理勘探所确定的异常区进行检验，从而为以后的开采工作打下坚实的基础。该工程在ZDY1200S钻井平台上完成了探井工程的建设，详细的钻井布局指标见表1。在钻井作业中，要随时观察钻井的涌水量、水压和水温，并且要保持5min 以上的时间，如果有任何的不正常现象，就要及时停止钻井，钻孔共计注浆量为5.72t。

表1 探测钻孔参数

该探井的井位、倾角、井眼等都达到了设计要求。通过对探井施工过程中的涌水量的分析，发现12个探井中8 个井有水涌出，4 个井没有出水，井下的最大涌水量见图2。

图2 探测钻孔单孔最大涌水量统计图

从图2 可以看出，钻井中有6 个井眼具有0～5m3/h的涌水量，占全部井眼（12 个）的50%；涌水量在5～10m3/h内有1个井，占全部井眼（12个）的8.2%；涌水量为10～15m3/h的井总数0个；涌水量为15～20m3/h内有1个井，占全部井眼（12个）的8.2%。

3.2 根据分析的果汁香气成分和含量配制香精配方A，感官评价表明配方 A，虽然在一定程度上反映了百香果果汁香气，但是不能体现百香果果汁香气的天然香气，且调配出来的香精化学气息太浓，香气分散，不宜作为食品香精使用。

通过对探井的注浆量进行了计算，发现单一井眼的灌浆最大值为1.10t，最低为0.31t，而单一探井的平均注浆量为0.48t。根据观测井眼的注浆量与井眼涌流量的变化规律，由图3可知，井眼涌水量与灌浆流量成正比，井眼涌水量较大，钻井中灌浆的数量很大，反之也是如此。通过对物探异常区进行钻井、灌浆，实现了对异常区裂缝进行物理勘探，加强隔水层的强度和隔水率，并将其与上层的水流通路隔离开来，这样可以增加采区的安全度[2]。

图3 探测钻孔注浆量与钻孔涌水量关系

3 物探异常区探测钻孔施工及效果评价

异常区的勘探钻孔全部通过了现场检查，钻孔的方位、倾角和钻孔深度、封口的质量和其它方面都达到了生产的需要。探井的位置布置得较好，井眼的排列间距和钻进层位都能满足实际的要求。利用井下注浆量的检测，可以有效地填充物探圈定的含水层裂缝，加强了隔水层的强度，并进一步封闭了导水裂缝，增强了隔水层的强度和隔水能力。

太原组2204 采面上实测的最大压强为1.95MPa。突水系数的计算公式如下：

式中：T——突水系数，MPa/m；

P——含水层水头压力，MPa；

M——5号煤基础上的隔水厚度，在加固后M取值为45m。

通过对2204采面的分析，得出了2204采面的突水因子为0.043MPa/m。结果显示，在开采过程中，开采表面没有发生突水的风险，能够达到开采的要求。

在2204 矿的地球物理勘探成果的基础上，采用了异常区的注水补孔技术。另外，在勘探的异位带和检测井的周围，还增加了2个探井，在探井作业过程中没有发生过喷水。通过对补钻孔的验证，证明了该方案的钻井效果是显著的。

对2204采面物探、异常区钻孔布置、钻探钻孔涌水量、注浆量、后期验证钻孔效果进行了全面的分析，2204采面底板的灰岩和太原组的灰岩含水层具有中等富水性。

4 排水系统设置

通过对这次物探异常区域的注浆作业，发现该工程已成功地封闭了导水通道，减少了突水风险，在回采过程中，主要是由5号煤层的顶板砂岩水供给，其次是基底砂岩水，预计涌水量为10～1835m3/h，最大涌水量为35m3/h。

通过对2204 工作面回采涌水量的分析，提出了在回风巷及运输巷的低洼部位设置临时水仓，并利用BQS 50-30-7.5/N排水泵，通过下水道将临时水仓内的水通过副暗井、车场水沟、水仓排到地表。该工艺中应特别指出，抽水系统为双泵、双电源，为了保证生产的安全，必须对井巷进行及时的清洗[3]。

5 结语

（1）在2204回采工作面勘探成果的基础上，设计了钻井钻孔，按施工条件进行注浆，使采面底板异常区域出现的突水隐患得到了有效解决，从而确保了采面的安全。

（2）井眼涌水量和注浆量成正比关系，井眼涌水量大时，井眼灌浆量大，反之亦然。

（3）根据开采过程中的涌水量，提出了设置一个临时的储水池，并安装与之相匹配的排水泵和排水管道，以满足排水要求，并能将地下水迅速排出。加强对排水道的维修，并及时清理巷道和水沟积水，防止堵塞。