采煤工作面顶板防治水钻探方案研究与应用

陈高鹏 李同玉

摘要：矿井白垩系含水层一直是防治水方面制约煤层开采的主要因素;工作面回采期间局部砂岩含水层富水区瞬间沿导水裂缝带涌入工作面，会对工作面回采造成影响，本项目主要通过施工探放水钻孔查明顶板水的来源、水量、水压，以便于开展井下防治水工作。

关键词：白垩纪洛水组;含水层;导水裂隙;探放水;钻孔;取芯;耐压试验;测斜

一、工程概况

矿井位于陕西彬长矿区，属黄陇侏罗纪煤田。分析矿井水文地质条件：煤层开采受侏罗系直罗组、延安组含水层出水影响，受白垩系洛河组含水层水害威胁。采煤工作面直接充水含水层为侏罗系砂岩含水层，工作面回采期间局部砂岩含水层富水区瞬间沿导水裂缝带涌入工作面，会对工作面回采造成影响，因此在工作面回采前需要对工作面顶板进行探放水工作。

二、目的

目的：通过施工顶板疏放水钻孔，探查采煤工作面含、隔水层水文地质条件，并探查洛河组下段含水层厚度。

三、钻孔设计要求和技术参数

1、钻孔位置：探放水钻孔TC1#钻孔位于采煤工作面运输顺槽YS7点后27m处。

2、钻孔技术参数

钻孔技术参数表

3、钻孔结构：

（1）开孔用Ф108mm取芯钻头+Ф108×2000mm岩芯管钻;然后用Ф168mm扩孔钻头+Ф168mm扶正器进行扩孔;再用Ф245mm钻头进行二次扩孔;下带高压法兰盘的Ф219×7.0mm石油套管20.0m，最后一节套管为带固定钢板孔口管，并贴紧巷道顶板。并使用双股2分钢丝绳将钢板固定在附近的锚索或锚杆上。将孔口管固定牢固后，注浆固结，待注入孔内的水泥浆凝固24h后，扫孔至超过原孔深0.2～0.5m后，进行清水耐压试验，试验压力不小于10.0MPa，稳压时间不小于30min;

（2）耐压试验合格后安装DN125/10MPa高压闸阀，用Ф73mm取芯钻头钻进至洛河组底界后，用Ф127mm扩孔钻头钻进至孔底，然后拆下DN125/10MPa高压闸阀，下带高压法兰盘的Ф108×6.0mm地质套管至孔底，并注浆固结，待注入孔内的水泥浆凝固24h后，扫孔至超过原孔深0.2～0.5m后，安装DN125/10MPa高压闸阀，进行清水耐压试验，试验压力不小于10.0MPa，稳压时间不小于30min;

（3）耐压试验合格后用Ф73mm取芯钻头+Ф73×3000mm岩芯管带阀钻进至设计孔深（洛河组上段）后，然后进行全孔测斜。

设计钻孔结构及下入套管规格长度

四、设备及材料

1、设备选用

钻孔施工采用西安煤科院ZDY4000S型钻机;泥浆泵选用SGB9-12型注浆泵，最大额定流量9.0m?/h，最大压力12MPa。

2、钻具及材料

钻杆采用Ф63.5mm×1.5m摩擦焊钻杆，采用PDC复合片Ф219mm、Ф168mm、Ф127mm、Ф108mm、Ф73mm等系列钻头。搅拌采用自制立式0.2m?搅拌桶，水泥采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥。

3.孔口管及固定盘

孔口管采用Ф177.8×7mm石油套管，最后一节与法兰盘焊接，第一节切割为锯齿状，以便固管时出浆;孔口管400mm处焊接钢板固定盘。

五、施工情况

1、地层情况

TC1钻孔地层参数表

2、简易水文观测

在钻进过程中，根据要求对钻孔涌水点进行了简易水文观测工作，具体数据参照实际数据统计表。

簡易水文观测统计表

六、钻孔测斜情况

1.该钻孔测量从孔口开始，终孔孔深为172.5m，每进尺7.5m进行一组测量，共23组数据。

2、钻孔测斜数据计算表

3、测量结果

在测量终孔172.5m时，钻孔实际轨迹相对于设计轨迹向上偏移6.5m，向左偏移4.86m。（坐标系为设计方向坐标）

七、结论

1、根据探放水钻孔水压、水量分析，涌水大部分为白垩系洛河组上段含水层水，有少量洛河组下段含水层水参与。

2、根据本次探放水孔揭露岩层情况及测斜资料分析，钻孔开孔位置距宜君组底界斜距为104.0m，厚度2.83m;钻孔孔深107.0m时揭露洛河组底界，厚度63.52m。钻孔测斜终孔172.5m时，钻孔实际轨迹相对于设计轨迹向上偏移6.5m，向左偏移4.86m;测斜深度107.0m（即宜君组顶界）时，钻孔实际轨迹相对于设计轨迹向上偏移2.33m。