地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用.pdf

第4 4卷第4期 建 井 技 术 V o l.4 4 N o.4 2 0 2 3年 8月 M I N EC ON S T R U C T I ONT E CHNO L OG YA u g.2 0 2 3 工程技术 地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用安许良1,2(1.北京中煤矿山工程有限公司,北京 1 0 0 0 1 3;2.矿山深井建设技术国家工程研究中心,北京 1 0 0 0 1 3)摘 要:为了解决赵固一矿1 8采区煤层底板灰岩含水层水害威胁,在传统的井下注浆堵水技术基础上,结合地面定向水平孔技术,提出了煤层底板水害地面区域超前治理技术,介绍了赵固一矿二1煤底板L 8灰岩地面区域水害治理方案,总结了施工过程中的钻孔和注浆关键技术及其实施过程。采用分支孔“跳孔”注浆技术,在治理区域共注浆4 3次,注入干料9 42 7 7.3 0t,水泥3 33 1 7.7 0t,黏土4 68 9 2m3。区域水害治理施工参数能够较好地反映底板灰岩改性加固效果,在两侧分支孔注浆施工后,中间孔每米注入干料和钻孔单位吸水率均大幅减小,表明前序孔通过注浆施工后,已经对该孔附近的裂隙进行了一定程度的充填和加固,地层的渗透性明显降低,间接验证注浆效果。探孔作业结果表明,应用地面区域水害治理技术已将L 8灰岩改造成了弱含水层,治理效果良好。研究成果可为赵固一矿及其他矿区煤层底板含水层治理提供依据。关键词:煤层底板;含水层;超前注浆;防治水;地面水平孔 中图分类号:T D 7 4 3;T D 2 5 6.4 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 2 6 0 2 9(2 0 2 3)0 4 0 0 0 1 1 1A p p l i c a t i o no fa d v a n c e ds u r f a c e t r e a t m e n t t e c h n o l o g yo fr e g i o n a lw a t e rd i s a s t e r i nZ h a o g uN o.1M i n eANX u l i a n g1,2(1.B e i j i n gC h i n aC o a lM i n eE n g i n e e r i n gC o m p a n yL i m i t e d,B e i j i n g 1 0 0 0 1 3,C h i n a;2.N a t i o n a lE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fD e e pS h a f tC o n s t r u c t i o n,B e i j i n g 1 0 0 0 1 3,C h i n a)收稿日期:2 0 2 3 0 6 0 5 修回日期:2 0 2 3 0 7 0 2 责任编辑:张素玉 D O I:1 0.1 9 4 5 8/j.c n k i.c n 1 1-2 4 5 6/t d.2 0 2 3.0 4.0 0 1基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 1 8 7 4 1 7 3)作者简介:安许良(1 9 8 3),男,河北保定人,硕士,副研究员。E m a i l:5 7 1 3 5 3 4 3q q.c o m引用格式:安许良.地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用J.建井技术,2 0 2 3,4 4(4):1 1 1.ANX u l i a n g.A p p l i c a t i o no fa d v a n c e ds u r f a c et r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fr e g i o n a lw a t e rd i s a s t e ri nZ h a o g u N o.1 M i n eJ.M i n eC o n s t r u c t i o nT e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 4(4):1 1 1.A b s t r a c t:I no r d e r t os o l v et h et h r e a to fw a t e rd i s a s t e ro f l i m e s t o n ea q u i f e ro fc o a ls e a mf l o o r i nt h e1 8 t hm i n i n ga r e ao fZ h a o g uN o.1 M i n e,a na d v a n c e ds u r f a c et r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fr e g i o n a lw a t e rd i s a s t e r i nc o a l s e a mf l o o rw a sp r o p o s e db yc o m b i n i n gt h ea d v a n c e dg r o u n do r i e n t e dh o r i z o n t a lh o l et e c h n o l o g yw i t ht h e t r a d i t i o n a l u n d e r g r o u n dg r o u t i n ga n dw a t e rb l o c k i n g t e c h n o l o g y.T h ep a p e r i n t r o-d u c e dt h er e g i o n a l a d v a n c e ds u r f a c et r e a t m e n ts c h e m eo fw a t e rd i s a s t e r i nL 8l i m e s t o n ef l o o ro fN o.2 1c o a l s e a mi nZ h a o g uN o.1M i n e,a n dt h ek e yt e c h n o l o g i e sa n dc o n s t r u c t i o np r o c e s so fd r i l l i n ga n dg r o u t i n gw e r es u mm a r i z e d.U s i n gs k i ph o l eg r o u t i n gt e c h n i q u e sw i t hb r a n c hb o r e h o l e s,at o t a lo f4 3t i m e so fg r o u t i n gw e r ec o n d u c t e d i nt h e t r e a t e da r e aw i t h9 42 7 7.3 0td r ym a t e r i a l i n j e c t e d.T h ec o n-s u m e dr a wm a t e r i a l so f c e m e n t a n dc l a yw e r e 3 33 1 7.7 0 t a n d4 68 9 2m3r e s p e c t i v e l y.T h e c o n s t r u c t i o np a r a m e t e r so f r e g i o n a lw a t e rd i s a s t e rc o u l dg r e a t l yr e f l e c tt h ee f f e c t i v e n e s so fm o d i f i c a t i o na n dr e i n-f o r c e m e n t f o r l i m e s t o n e i nc o a l s e a mf l o o r.T h ed r ym a t e r i a l i n j e c t e dp e rm e t e r i nt h em i d d l eh o l ea n dt h eu n i tw a t e ra b s o r p t i o no f t h ed r i l l h o l ew e r es i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e da f t e rt h eb r a n c hh o l e so nb o t hs i d e sw e r eg r o u t e d.T h i s i n d i c a t e dt h a t t h ef r a c t u r e sn e a rt h ep r e v i o u sh o l eh a db e e nf i l l e da n dr e i n-f o r c e dt oac e r t a i ne x t e n ta f t e rg r o u t i n gc o n s t r u c t i o na n dt h ep e r m e a b i l i t yo f t h ef o r m a t i o nh a db e e n建 井 技 术 2 0 2 3年第4 4卷s i g n i f i c a n t l yr e d u c e d,w h i c h i n d i r e c t l yv e r i f i e dt h eg r o u t i n ge f f e c t.T h e r e s u l t so f e x p l o r a t o r yb o r e h o l eo p e r a t i o ns h o w e d t h a t t h eL 8 l i m e s t o n eh a db e e n t r a n s f o r m e d i n t oaw e a ka q u i f e rb ya p p l y i n g t h e r e g i-n a l a d v a n c e ds u r f a c e t r e a t m e n t t e c h n o l o g ya n dt h ee f f e c to fw a t e rc o n t r o lw a sg o o d.T h er e s e a r c hr e-s u l t sc o u l dp r o v i d e ab a s i s f o r t h e t r e a t m e n t o f c o a l s e a mf l o o r a q u i f e r s i nZ h a o g uN o.1M i n e a n do t h e rm i n i n ga r e a s.K e y w o r d s:c o a ls e a mf l o o r;a q u i f e r;a d v a n c e ds u r f a c eg r o u t i n g;w a t e rc o n t r o la n dp r e v e n t i o n;g r o u n dh o r i z o n t a lb o r e h o l e0 引 言煤层底板水害是我国石炭二叠纪煤炭资源开采中最为棘手的难题之一1 4。若发生涌水量过大或突水淹井事故,极易诱发人员伤亡,经济损失巨大,社会影响恶劣5 6。有效封堵煤层底板水层是保证煤炭资源安全高效回采的关键。目前,封堵底板含水层的主要工法包括:传统井下预注浆技术、井下水平孔注浆技术以及地面区域水害治理技术3 4,7 8。传统井下注浆技术一般采用直孔注浆,钻孔深度有限,多用于底板隔水层加固3;井下水平孔注浆技术需要占用井下巷道进行施工,作业空间受限,钻 探 与 注 浆 效 率 低,存 在 注 浆 盲 区 等 问题9 1 0;近十年来,随着定向分支孔技术的成熟,基于定向顺层分支水平孔技术的地面区域水害治理技术迅速发展,成为煤层底板水害治理的有效途径2,1 1 1 5。北京中煤矿山工程有限公司袁辉研究员团队较早研发了新型顶驱钻机及配套大型注浆设备,在辛安矿通过地面定向多分支孔注浆成功实现了奥灰区域改造1 1,1 6 1 7;戴磊等1 8介绍了地面定向孔超前区域注浆防治底板岩溶水的应用,注浆堵水效果良好;赵祥龙1 9研究了定向钻进技术防治奥灰水的有效性,指出注浆后含水层透水性大幅降低;郑士田等9进行了煤层底板水害区域超前治理技术优化研究,提出了钻孔布设方法并对注浆工艺进行了优化;孙晓宇等1 4针对厚冲积层薄基岩条件,采用L型地面钻孔对煤层底板进行了区域改性和加固;田乐等1 5介绍了皖北构造发育区薄层灰岩区域防治水技术的应用,堵水效果良好。近年来,我国煤层底板区域水害防治和底板改造的工程应用较多2 0,但对水平分支群孔的区域注浆控制技术研究薄弱,同时在底板水害超前治理效果评价方面的研究还较为缺乏,尚没有区域防治效果评估的定量化指标。本文以焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司煤层底板水害地面水平钻孔区域治理工程为背景,提出工作面地面区域水害治理方案,介绍了水平定向分支孔钻探和注浆施工过程,并提出了基于钻探漏失量、注浆量及单位吸水率的水害防治效果评价标准。研究成果可为类似条件下煤层底板水害区域超前治理提供技术参考。1 工程背景及地质概况赵固一矿1 8 0 1 1和1 8 0 2 1工作面区域水害治理工程施工区域位于西王河村。采场西北为F 2 5断层,东北为已掘的1 8 0 3 0工作面,西南为未掘的1 1 0 0 3 1工作面,东南为赵固一矿西风井。工作面地面标高+8 6.9+8 7.8m,地面平坦,多为农田。井下标高-4 8 5-5 2 2m。二1煤层厚度3.3 86.6 0m,平均4.9 9m,煤层倾角2 4,煤层稳定。场区地层由深至浅依次为:奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、第四系、新近系。煤系地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。工作面整体呈单斜构造,煤岩层倾角变化相对较小,顶板基岩厚度8 01 4 0 m。工作面北部外侧约1 0 0m处有F 2 5正断层,落差01 3 0 m,倾角6 0 7 0。1 8 0 1 1和1 8 0 2 1工作面水文地质条件复杂,煤层底板太原组L 8灰岩含水层厚度61 0m,上距山西组底部二1煤层底板2 8.04 8.2m,水压5.25.5MP a,突水系数0.1 10.2 0 MP a/m,存在突水危险性。鉴于工作面水害威胁较大,为保证煤炭资源安全高效回采,拟采用地面区域水害治理技术对底板L 8灰岩含水层进行超前探查及注浆加固,通过地面长距离定向钻孔,查明二1煤层底板L 8灰岩含水层的富水状况及工作面内构造发育情况,利用钻孔预注浆技术充填底板灰岩含水层的岩溶裂隙和导水裂隙,减弱含水层的富水性并切断水源补给通道,使受注含水层变为隔水层或弱含水层,同时增强二1煤层底板隔水层的强度,降低水害威胁程度。2 第4期 安许良:地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用2 地面区域水害治理方案及实施情况2.1 治总体方案为了避免高压注浆对正在回采的1 6 0 0 1工作面产生影响,选择在1 8 0 2 1北部布置3个主孔,水平段沿1 8 0 1 1工作面和1 8 0 2 1工作面开切眼方向进行钻进,对2个工作面同时进行治理,主孔分别为注1 1、注1 2和注1 3,钻孔平面布置如图1(a)所示。根据浆液扩散距离,水平分支孔的间距为5 5m左右,3个主孔各进行5个主要水平分支孔施工,对采面进行探查和治理,即注1 1 1、注1 1 2、注1 1 3、注1 1 4、注1 1 5,注1 2 1、注1 2 2、注1 2 3、注1 2 4、注1 2 5,注1 3 1、注1 3 2、注1 3 3、注1 3 4、注1 3 5。由于在1 8 0 1 1工作面北部约1 1 0m处有F 2 5断层,为了在最大程度上避免断层对钻孔的影响,采用钻孔二开套管穿过断层的方案,致使相邻主孔靠近二开套管底口附近孔间距较大,因此采用每个主孔增加2个小分支孔的方案进行补充,即注1 1 6、注1 1 7、注1 2 6、注1 2 7、注1 3 6、注1 3 7。图1 地面区域水害治理钻孔平面布置 在工程实施过程中,由于瓦斯鉴定区域划分等原因,采掘工作面布置进行了调整,注1 1孔所在采掘工作面调整为1 1 0 0 1 1和1 1 0 0 2 1工作面,结合赵固一矿1 8 0 6 0工作面掘进和回采计划,使用注1 2主孔无法在要求的时间内施工结束注1 2 1和注1 2 2孔。根据钻孔的位置关系、设计的合理性以及注1 1孔的工程进度,将注1 2 1孔调整到注1 1主孔施工,在注1 1主孔增加注1 1 8分支孔。同时,结合1 1 0 0 1 1工作面巷道位置、1 8 0 6 0工作面切眼位置以及设备情况,将注1 1 8孔终孔孔深调整为16 2 3m。因F 2 5煤柱未最终确定,后续煤柱确定以后若有空白区域,注1 1 6分支孔加固范围由注1 9孔施工;注1 2 6和注1 2 8分支孔施工后已经覆盖注1 1 7分支孔加固范围,故不再施工注1 1 6、注1 1 7分支孔。注1 2孔各分支孔覆盖区域工作面由原1 8 0 1 1、1 8 0 2 1工作面调整为1 8 0 4 0、1 8 0 5 0、1 8 0 6 0三个工作面,根据施工情况,注1 2 1分支孔由注1 1 8分支孔进行替代,但为了弥补注1 1 8和注1 2 2之间的部分空白区域,增加注1 2 8短分支孔,以更好地保证治理效果,确定注1 2 8孔终孔深为10 6 0m。钻孔实际施工如图1(b)所示。2.2 水平定向钻孔布置(1)钻孔结构。地面区域水害治理的水平定向钻孔采用三级钻孔结构,如图2所示。一开(注1 1孔:04 6 2.0 0m;注1 2孔:04 5 8.9 4m;注1 3孔:04 5 6.3 4m),孔径3 5 0.0 0mm,下入2 4 4.5 0mm8.9 4mm套管,并用单液水泥浆进行固管;二开(注1 1孔:08 2 0.0 4 m;注1 2孔:07 8 5.0 0m;注1 3孔:07 9 2.5 0m),孔径2 1 5.9 0mm,下入1 7 7.8 0mm8.0 5mm套管,下至L 8灰岩顶界,并用单液水泥浆进行固管。3建 井 技 术 2 0 2 3年第4 4卷图2 钻孔结构三开(二开套管底终孔),孔径1 5 2.4 0mm,沿L 8灰岩顺层钻进,为顺层段。(2)钻孔工程量。在工作面水害治理工程中,注1 1孔施工1个主钻孔,6个分支孔;注1 2孔施工1个主钻孔,7个分支孔;注1 3孔施工1个主钻孔,7个分支孔。钻孔直孔段长度合计4 5 0.0 0m,造斜段长度为19 4 7.5 4m,顺层分支孔总长度为1 26 9 2.7 6m。工作面总钻探工程量为1 50 9 0.3 0m,具体钻探工程量见表1。2.3 钻探实施情况2.3.1 主孔钻探实施情况及分析(1)注1 1钻孔主孔。注1 1钻孔在钻进过程中,设计一开穿过F 2 5断层下盘二1煤层,下一开套管隔离后,进行二开钻进工作,自二1煤层以下,依次揭示L9灰岩、L8灰岩、L2灰岩、奥陶系灰岩,揭示地层相对完整、准确,为钻孔过F 2 5断层、打探查孔提供了非常完整的基础资料。注1 1孔主孔6 2 4.0 09 8 2.0 0m探孔施工过程如图3所示。2 0 1 8 1 2 1 3注1 1钻孔穿过断层(穿过7 6 6.0 0m表1 钻探工程量m孔 号直孔段长度造斜段长度顺层段长度合计注1 1孔1 1 11 1 21 1 31 1 41 1 51 1 81 5 0.0 06 7 0.0 47 5 9.9 67 4 0.9 67 3 3.9 67 4 5.9 67 6 4.9 68 0 2.9 653 6 8.8 0注1 2孔1 2 21 2 31 2 41 2 51 2 61 2 71 2 81 6 0.0 06 2 5.0 07 0 5.0 07 0 0.0 07 0 0.0 07 2 5.0 02 1 7.0 02 2 0.0 02 8 0.0 043 3 2.0 0注1 3孔1 3 11 3 21 3 31 3 41 3 51 3 61 3 71 4 0.0 06 5 2.5 07 7 6.5 07 6 1.0 09 5 5.5 07 6 7.5 08 7 6.5 02 1 2.5 02 4 7.5 053 8 9.5 0合计4 5 0.0 019 4 7.5 41 26 9 2.7 61 50 9 0.3 0时进度变快,判断进入断层,穿过7 8 4.0 0m时进度变 慢,判 断 进 入 断 层 上 盘),穿 过7 9 4.0 08 0 9.0 0m时,捞取的岩粉与盐酸反应强烈,穿过8 0 9.0 0m后岩粉泥岩成分逐步增多。根据地质4 第4期 安许良:地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用资料、断层断距、钻遇地层层厚,初步推断本层为L 9灰岩。钻 进 至8 2 5.0 0 m后,改 用1 5 2.4 0mm钻头进行探查孔施工,根据煤层等高线及勘察孔(1 1 2 0 6)资料,在初步推断的L 9灰岩以下钻探 过 程 中,先 后 揭 示 了 砂 质 泥 岩、泥 岩、煤线(井 深8 9 0.0 0 m,垂 深6 3 4.8 8 m,井 斜 角8 3.7 5,方位角1 5 7.5 9)、泥岩等几个关键层位,2 0 1 8 1 2 1 5注1 1孔 探 查 孔 钻 至 井 深9 2 2.0 0m(垂深6 3 8.7 0m),岩粉与盐酸反应开始剧烈,截至2 0 1 8 1 2 1 6,井深9 8 2.0 0 m(垂深6 4 6.7 5m),盐酸反应开始减弱,钻进至9 8 9.0 0m结束探孔施工。图3 注1 1孔主孔6 2 4.0 09 8 2.0 0m探孔施工过程 (2)注1 2钻孔主孔。注1 2主孔一开套管下放深度4 5 8.9 4 m(垂 深4 5 2.9 0 m),在 钻 进 至4 4 2.0 0m时遇断层下盘煤层,至4 4 6.0 0m时过煤层(垂深4 3 8.1 84 4 1.8 9m,层厚3.7 1m),套管下放深度垂深过煤层1 1.0 0 m。钻进至7 3 9.0 0m(垂深5 7 3.7 0m)时有大量煤屑上返,上次探孔见煤位置7 4 2.0 0m(垂深5 7 4.2 0m),判断设计探孔轨迹在煤层底板揭露煤层。在揭露煤层后钻孔轨迹保持 井斜角9 0 左右进行 钻进,在 钻 进 至7 6 1.0 07 8 0.0 0m时上返颗粒为煤矸石,钻进至7 8 0.0 07 9 8.0 0 m时 有 煤 屑 返 出,钻 至 孔 深9 0 0.0 0m处结束探孔施工,并进行探孔终孔注浆。根据钻孔轨迹井斜角、地层倾角、见煤点以及出煤点推算该点煤层厚度约4.2 0m,判断煤层为二1煤层。(3)注1 3钻孔主孔。注1 3钻孔根据注1 1钻孔揭示的地层资料,按照设计轨迹进行钻探工作,钻至井深4 4 2.0 0m(垂深4 2 6.8 1m)处揭露F 2 5断层下盘二1煤层,在二开钻进时,依次揭露了断层下盘的L 9灰岩、L 8灰岩。在井深5 8 5.0 07 4 7.0 0m钻探过程中,捞取的岩屑与地质资料、注1 1孔所揭示的地层无法对应,判断是受断层影响地 层 不 规 律。钻 进 至 井 深7 5 0.0 07 7 6.0 0m(垂深6 0 1.5 26 0 6.1 8 m)时见灰岩,在井深7 9 2.0 0 m后岩粉与盐酸反应减弱,钻探至井深8 0 6.0 08 1 0.0 0m(垂深6 1 1.3 86 1 2.0 4m)揭示一层 泥 岩,于 井 深8 6 0.0 08 6 3.0 0 m(垂 深6 2 1.0 46 2 1.5 7 m)揭 示 一 层 灰 岩,于 井 深9 1 2.0 09 2 0.0 0m(垂深6 2 9.1 16 3 0.8 0m)揭示一层含煤屑泥岩。2.3.2 分支孔探孔钻探实施情况及分析注1 2孔第1分支探孔钻孔轨迹如图4所示。注1 2孔 第1分 支 探 孔 在 主 孔 二 开 套 管 底 端7 8 5.0 0m(垂深6 1 8.3 7m)处开始钻进,一直沿灰岩顺层钻进,直到在孔深8 7 0.0 08 9 0.0 0m(垂深6 2 4.6 06 2 6.0 0m)处,上返岩粉遇酸反应变弱。调整井斜继续钻进至孔深9 6 1.0 0m(垂深6 3 3.2 0m)期间未见灰岩,判断由于二开套管距离F 2 5断层较近,目的层L 8灰岩在该探孔实际施工过程中未被揭露,初步分析认为该孔段位置地层条件复杂。图4 注1 2孔第1分支探孔钻孔轨迹5建 井 技 术 2 0 2 3年第4 4卷 注1 2孔第2分支探孔钻孔轨迹如图5所示。探孔2钻进至孔深8 5 0.0 0m(垂深6 3 4.0 0m),上返岩粉遇酸反应变弱,判断出灰岩层。调整井斜继续钻至孔深9 0 7.0 0m(垂深6 2 1.0 8m)见灰岩,综合判断此时钻孔从灰岩底部穿入灰岩,直到钻至10 5 0.0 0m(垂深6 1 6.9 0m)上返岩粉遇酸反应变弱,钻孔出灰岩层,立即调整井斜下探,直到钻至孔深12 4 7.0 0m(垂深6 3 1.9 0m),再未钻遇灰岩。图5 注1 2孔第2分支探孔钻孔轨迹 注1 2孔第3分支探孔钻孔轨迹如图6所示。再 次 用已有地质资料并结合探孔1(7 8 5.0 09 6 1.0 0m)、探孔2(7 8 5.0 012 4 7.0 0m)实际钻探记录,重新设计探孔3,主要是探查探孔1下部是否存在L 8灰岩。探孔3按照设计轨迹钻进至孔深8 3 2.0 08 3 5.0 0m(垂深6 2 7.7 96 2 8.4 8m)见夹层灰岩,孔深8 3 5.0 08 3 7.0 0m见煤线,继续钻进至孔深9 2 7.0 0m(垂深6 4 7.6 4m)再见煤线,直到钻至孔深9 6 0.0 0m(垂深6 5 5.4 8m)未遇到灰岩。图6 注1 2孔第3分支探孔钻孔轨迹2.3.3 灰岩情况推测及分析根据注1 1孔、1 2孔、1 3孔主孔和探孔2阶段施工情况,可得到煤层底板L 8灰岩埋深情况,见表2。表2 煤层底板L 8灰岩埋深情况孔 号L 8灰岩埋深/m备 注注1 1孔6 3 8.7 06 4 6.7 5上盘注1 2孔6 1 8.0 06 2 2.2 5上盘(未穿透)注1 3孔6 0 1.5 06 0 8.9 3上盘2.4 地面区域水害治理注浆实施情况注浆作业采用“跳孔”施工法,以注1 1孔为例,注浆施工顺序为注1 1 3孔注1 1 5孔注1 1 4孔注1 1 1孔注1 1 2孔注1 1 8孔。从6个分支孔的注浆顺序与每米注入干料分析发现,注1 1 4孔在注1 1 3孔和注1 1 5孔注浆施工结束后开始施工,且注1 1 4孔位于注1 1 3孔和注1 1 5孔之间,注1 1 4孔每米注入干料仅有1.2 4t,而注1 1 3孔、注1 1 5孔每米注入干料分别达到5.1 6t和4.2 5t。在工作面地面水害区域治理工程中,注1 1孔、注1 2孔、注1 3孔每米注入干料见表3。各主孔和各分支孔共注浆4 3次,注入干料9 42 7 7.3 0t,水泥3 33 1 7.7 0t,黏土4 68 9 2m3。其中,注1 1孔水泥用量71 7 0.2 0t,黏土用量1 14 2 0m3,合计干料2 20 1 6.2 0t;注1 2孔水泥用量1 55 3 0.3 5t,黏土用量2 03 4 0m3,合计干料4 19 7 2.3 5t;注1 3孔水泥用量1 06 1 7.1 5t,黏土用量1 51 3 2m3,合计干料3 02 8 8.7 5t。3 地面区域水害治理效果评估3.1 区域注浆施工参数分析3.1.1 钻孔注入量分析钻孔各分支孔注浆量(黏土水泥浆)及每米注入干料统计分别如图7和图8所示。对于注1 1孔,可发现前序孔每米注入干料量大于后序孔,且在相临3个分支孔中,两边分支孔注浆施工后,中间孔每米注入干料也均小于两边孔的注入量,说明前序孔注浆施工后,已经对该孔附近的裂隙进行了一定程度的充填和加固,注浆效果得到了验6 第4期 安许良:地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用表3 钻孔每米注入干料分析孔 号分支孔施工顺序顺层段段长/m合计注入干料/t每米注入干料/t注1 1孔1 1 147 6 0.028 3 9.7 03.7 41 1 257 4 1.012 4 2.3 51.6 81 1 317 3 4.037 8 8.5 05.1 61 1 437 4 6.09 2 9.4 01.2 41 1 527 6 5.032 4 8.9 04.2 51 1 868 0 3.09 9 8.3 51.2 4注1 2孔1 2 247 0 5.026 1 4.9 53.7 11 2 317 0 0.01 81 1 1.1 02 5.8 71 2 437 0 0.016 9 3.9 02.4 21 2 527 2 5.026 5 9.6 53.6 71 2 652 1 7.03 5 5.7 51.6 41 2 772 2 0.021 5 4.4 09.7 91 2 862 8 0.014 1 8.6 05.0 7注1 3孔1 3 157 7 6.55 7 1.1 00.7 41 3 247 6 1.05 5 6.2 50.7 31 3 329 5 5.540 5 6.0 04.2 41 3 437 6 7.513 6 6.6 51.7 81 3 518 7 6.51 31 1 6.4 01 4.9 61 3 672 1 2.51 7 1.1 00.8 01 3 762 4 7.58 8 1.1 53.5 6证。相似的规律也适用于注1 2孔,前序孔注1 2 3孔受F 2 5断层的影响注入量最大,每米注入干料2 5.8 7t,而后续钻孔注浆量逐渐变小,且在相临3个分支孔中,在两边分支孔注浆施工后,中间分支孔每米注入干料也均小于两端孔的注入量。注1 3钻孔,前序孔注1 3 5孔受F 2 5断层的影响,每米注入干料1 4.9 6t,而后序钻孔每米注入干料逐渐变小,且在相临3个分支孔中,在两边注浆孔注浆施工后,中间分支孔每米注入干料也均小于两端孔的注入量。图7 工作面各分支孔注浆量情况7建 井 技 术 2 0 2 3年第4 4卷图8 钻孔各分支孔每米注入干料统计3.1.2 注浆压力分析在前序孔注浆期间压力上升得比较慢。以注1 1 3孔为例,注浆变化情况如图9所示。注1 1 3孔4次注浆起始压力都是0 MP a,连续注浆至少1 0h压力表才有读数,压力上升比较缓慢;而后序孔注浆起始压力较大,注浆量较小,压力上升速度逐渐加快。注浆压力对比分析检验:在前序孔注浆期间压力上升得比较慢,而后序孔注浆起始压力较大,注浆量较小,压力上升速度逐渐加快,说明前序孔通过注浆施工后,已经对后孔附近的裂隙进行了一定程度的充填和加固,注浆质量得到了验证。3.1.3 钻孔浆液漏失情况分析在前序孔钻探过程中存在浆液大量漏失的情况。在注1 1孔施工中,前序孔注1 1 3孔钻探过程中共漏失4次,合计漏失量高达8 9.0m3/h,后序钻孔注1 1 5孔共漏失2次,合计漏失量为6 8.5m3/h。后序钻孔注1 1 1孔出现6次漏失,合计漏失量仅为2 1.0m3/h,其他孔均未出现过浆液漏失情况,裂隙的联通性大大减弱,说明前序孔通过注浆施工后已经对该孔附近的裂隙进行了一定程度的充填和加固,注浆效果得到了验证。相同的规律也存在于注1 2孔施工中,前序孔注1 2 3孔和注1 2 4孔浆液漏失量均为6.0m3/h,后序孔无泥浆漏失情况。注1 3孔分支孔均无浆液漏失情况。顺层段分支孔浆液漏失情况见表4。表4 顺层段分支孔浆液漏失统计孔 号注浆顺序孔深/(m)漏失量合计/(m3/h)注1 1 3孔115 5 48 9.0注1 1 5孔215 8 56 8.5注1 1 1孔415 8 02 1.0注1 2 3孔114 8 56.0注1 2 4孔314 8 56.03.1.4 钻孔单位吸水率变化情况在注 浆 前 后,钻 孔 单 位 吸 水 率可 采 用式(1)计算:=Q/(PL)(1)式中:为钻孔单位吸水率;P为总压力;Q为流8 第4期 安许良:地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用图9 注1 1 3孔注浆变化情况量;L为压水段长度。各分支孔注浆前单位吸水率见表5。由表5可知,通过注浆治理相临3个分支孔,在两边分支孔注浆施工后,中间孔在注浆前单位吸水率明显降低。在注1 1孔中,注1 1 4孔位于注1 1 3孔和注1 1 5孔之间,在注1 1 3孔和注1 1 5孔注浆施工后,注1 1 4孔 在注浆前期 单位吸水率 仅为0.0 0 03 0L/(m i nmm),小于注1 1 3孔和1 1 5孔注浆前的单位吸水率;在注1 2孔中,注1 2 4孔位于注1 2 3孔和注1 2 5孔之间,在注1 2 3孔和注1 2 5孔注浆施工后,注1 2 4孔注浆前其单位吸水率为0.0 0 04 0L/(m i nmm),也小于注1 2 3孔和1 2 5孔注浆前的单位吸水率;在注1 3孔中,注1 3 4孔位于注1 3 3孔和注1 3 5孔之间,在注1 3 3孔和注1 3 5孔注浆施工后,注1 3 4孔注浆前其单位吸水率为0.0 0 02 4L/(m i nmm),也小于注1 3 3孔和1 3 5孔注浆前的单位吸水率。综合说明,前序孔通过注浆施工后,已经对该孔附近的裂隙进行了一定程度的充填和加固,地层的渗透性降低,吸水性减小,注浆效果得到了验证。表5 各分支孔注浆前单位吸水率孔 号施工顺序注浆段长度/m单位吸水率/L/(m i nmm)静止水位/m注1 1 1孔48 2 0.014 9 3.00.0 0 07 0-8 1.8 014 9 3.015 8 0.00.0 0 54 0+8.3 0注1 1 2孔58 2 0.015 6 1.00.0 0 03 0+2 0.3 0注1 1 3孔18 2 0.09 8 3.00.0 0 34 0-3 1.7 09 8 3.010 5 7.00.0 0 87 0-4 1.7 010 5 7.011 9 0.00.0 0 35 0-2 0 4.7 011 9 0.015 5 4.00.0 0 06 0+8 2.3 0注1 1 4孔38 2 0.015 6 6.00.0 0 03 0+3 8.3 0注1 1 5孔28 2 0.013 5 2.00.0 0 09 0-2 1 1.7 013 5 2.015 8 5.00.0 0 29 0-1 0 1.7 0注1 1 8孔68 2 0.016 2 3.00.0 0 04 0+8 8.3 0注1 2 2孔47 8 5.014 9 0.00.0 0 04 0+8 7.5 09建 井 技 术 2 0 2 3年第4 4卷续表孔 号施工顺序注浆段长度/m单位吸水率/L/(m i nmm)静止水位/m注1 2 3孔17 8 5.09 6 1.00.0 0 18 0+8 7.5 07 8 5.012 4 7.00.0 0 07 0+8 7.57 8 5.09 6 0.00.0 0 12 0+8 7.5 07 8 5.014 8 5.00.0 0 05 0+1 7.5 0注1 2 4孔37 8 5.014 8 5.00.0 0 04 0+5.5 0注1 2 5孔213 9 6.015 1 0.00.0 0 18 0+8 7.5 0注1 2 8孔67 8 5.010 6 5.00.0 0 06 0+7 4.5 0注1 3 1孔57 9 2.515 6 9.00.0 0 03 2+7 4.7 9注1 3 2孔47 9 2.515 5 3.50.0 0 03 3+8 6.9 7注1 3 3孔27 9 2.517 4 8.00.0 0 03 5-1 1.0 3注1 3 4孔37 9 2.515 6 0.00.0 0 02 4+8 6.9