地面区域治理设计与施工常见问题与对策

张会松

（冀中能源峰峰集团辛安矿，河北邯郸056200）

1 引言

辛安矿216采区水害区域治理工程（以8#煤顶板灰岩含水层为目的层，又称大青灰岩含水层）在两年多的施工过程中，对施工中常见问题与对策进行了分析，总结出一套实用的地面区域治理经验，指导煤矿安全生产。

考虑到辛安矿大采深、高承压、奥灰含水层强富水的水害特点以及井下治理的安全风险，原有的矿井防治水技术已无法全面指导辛安矿的防治水工作。为此，辛安矿亟待拓展思路、依托科技创新，探索出一套新的防治水技术，以满足矿井防治水工作的需要。在此形势下，辛安矿大力开展地面区域治理技术，减少井下烦琐工序，大大节省了人力、物力，有效降低了突水威胁。

2 水平段设计入靶点与实际入靶点之间有误差

由于施工的216采区实掘巷道较少，大部分钻孔的入靶点坐标都是由其他周边掘进巷道或已采工作面推测。将可能受到以下几方面不定因素的影响：①是否会有断层，②地层倾角变化，③地层厚度或间距变化等。

根据目前的施工经验，有效的判定办法是：钻进穿过大煤后，提前对大煤与大青灰岩之间的明显“标志层”（3#煤、4#煤、5#煤、6#煤、7#煤及各自对应的灰岩）进行及时准确判断，即在造斜段钻进的过程中，及时根据钻探进尺、岩粉情况以及参考随钻伽马值，判断出其各标志层的深度。只要准确判断出“7#煤”的位置（8#煤及其顶板灰岩与7#煤间距约20m），然后及时调整钻孔的轨迹（井斜角、方位），对于钻孔水平段顺利进入目的层来说就相对比较容易。

3 造斜段穿过2#煤或煤系地层时钻井液漏失

工程施工过程中有两个钻孔出现钻孔过2#煤或煤系地层的时候钻井液漏失现象，而且有一次漏失特别严重，不返浆，可能与井下瓦斯等抽放孔有关系。目前有效的方法是，快钻进至2#煤时，加强监控，如发现漏失应及时进行处理；若漏失量特别大，可进行高比重的水泥浆液灌孔堵漏处理。

4 水平段钻进过程中判层问题

根据施工经验，认为水平段钻进过程中，判层应以实钻岩粉为主，随钻伽马值只能作为一个辅助参考（包括在造斜段中判层），即使是同样的大青灰岩，伽马值的变化范围也较大（基本介于煤层与泥岩之间），毕竟LWD随钻测斜仪（带伽马探管）在石油勘探中应用主要目的是通过伽马值的高低，判断地层变化，判断钻孔轨迹是否在油层中行进，判断钻孔在砂岩还是泥岩中钻进等。

另外在钻进过程中，尽量使其钻孔靠近大青灰岩上部钻进，进入煤层相对是比较危险的。如果遇到岩粉有突然变化时，可对其与大青灰岩上部的岩层进行比对（对照造斜段的岩粉取样），判断是否遇到了断层或是简单的穿出大青灰岩，及时调整钻孔的井斜角，尽快使其钻孔在大青灰岩层中行进。

5 注浆过程中的浆液比重、流量、泵压等参数调整问题

在前几个钻孔注浆（含注浆堵漏）的过程中，大部分时间浆液比重都控制在1.15～1.21之间。常见单液水泥浆的基本性能见下表1，明显可以看出随着单液水泥浆比重的下降结石率和抗压强度都明显降低。

表1 常见单液水泥浆的基本性能表

纯单液水泥浆存在初凝、终凝时间长，凝固时间不能准确控制、易受地下水冲失、浆液凝固后早期强度低、强度增长率慢、易沉淀析水、可注性差等缺点。

如比重为1.18的单液水泥浆，均匀搅拌后在如下沉淀时间下的状态（图1）。可看出，沉淀析水很快，最终析水率达68%。

图1

施工过程中可以考虑添加一些有助于注浆效果的添加剂，或使用其他类型的浆液，如黏土水泥浆等。黏土水泥浆的析水率见下表2。

表2 黏土水泥浆的析水率

由上表2可以看出，相对于纯水泥浆，黏土水泥浆析水率明显偏低，有利于防止钻孔注浆过程中，浆液过早沉淀，堵塞钻孔，降低钻孔可注性。

6 结语

辛安矿自从施行地面区域治理工程以来，效果显著，工作面实现了安全无水害快速掘进，保证了工作面的及时衔接，为安全生产打下了坚实的基础。