奥灰岩溶水害区域超前治理技术研究及应用.pdf

第 3 9卷第 6期 2 0 1 4年 6月 煤 炭 学 报 J 0URN AL O F C HI N A C OAL S OC I E T Y Vo l J 3 9 No ． 6 J u n ． 2 0 1 4 赵庆彪． 奥灰岩溶水害区域超前治理技术研究及应用[ J ] ． 煤炭学报， 2 0 1 4 ， 3 9 6 1 1 1 2 1 1 1 7 ． d o i 1 0 ． 1 3 2 2 5 ／ j ． c n k i ． j C C S ． 2 0 1 4 ． O 4 7 5 Z h a o Q i n g b i a o ． O r d o v i c i a n l i m e s t o n e k a r s t w a t e r d i s a s t e r r e g i o n a l a d v a n c e d g o v e r n a n c e t e c h n o l o g y s t u d y a n d a p p l i c a t i o n [ J ] ． J o u ma l o f C h i n a C o al S o c i e t y ， 2 0 1 4 ， 3 9 6 1 1 1 2 1 1 1 7 ． d o i 1 0 ． 1 3 2 2 5 ／ j ． c n k i ． j C C S ． 2 0 1 4 ． 0 4 7 5 奥灰岩 溶水 害区域超前治 理技术研究及应 用 赵庆彪 冀 中能源集团有 限责任公 司， 河北 邢 台0 5 4 0 0 0 摘 要 鉴于邯邢矿区大采深矿井深部煤层和下组煤开采受奥灰承压水威胁现状和保水开采需要 ， 提 出了奥灰岩溶水上带压开采水害治理的“ 区域超前治理” 理念及 “ 超前主动、 区域治理、 全面改 造 、 带压开采”防治水指 导原则； 相应给 出了区域分 区原 则、 治理模式及适用条件、 治查结合新方 法、 超前治理管理程序、 底板 阻水能力评价方法和治理关键技术等支撑体 系。该成套技术首先在邯 邢矿区进行 了应用研究， 特别是地面多分支水平钻进关键技术应用研究， 取得 了很好的安全技术效 果， 创新 了大采深矿井和开采下组煤奥灰水害治理方法， 安全 开采受承压水威胁的煤炭 资源， 保护 了煤 系基底 奥灰 水环境 。 关键词 奥灰岩溶水害； 区域超前治理技术 ； 大采深矿井； 下组煤开采 ； 水环境保护 中图分类号 T D 7 4 5 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 1 4 0 6 1 1 1 2 0 6 Or d o v i c i a n l i me s t o ne ka r s t wa t e r d i s a s t e r r e g i o na l a dv a nc e d g o v e r n a nc e t e c hno l o g y s t ud y a nd a pp l i c a t i o n Z HA O Q i n g b i a o J h o n g E n e r g y G r o u p C o r p o r a t i o n L t d ． ， X i n g t a i 0 5 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n l a r g e mi n i n g d e e p mi n e d e e p c o a l s e a m a n d u n d e r - - g r o u p c o a l s e a m mi n i n g i n fl u e n c e d b y o r d o v i - e l a n l i me s t o n e c o n fin e d wa t e r t h r e a t s i t ua t i o n a nd wa t e r k e e p i n g r e q ui r e me n t i n Ha n x i n g mi n i n g a r e a， r e g i o n a l a d v a n c e d g o v e r na nc e i d e a o f o r d o v i c i a n l i me s t o n e k a r s t wa t e r wi t h pr e s s u r e mi n i n g wa t e r d i s a s t e r g o v e rna n c e a n d a d v a n c e d i n i t i a t i v e， r e g i o n a l g o v e r n a n c e ， wh o l l y t r a n s f o r ma t i o n， mi n i n g w i t h p r e s s u r e g u i d e l i n e w e r e p u t f o r w a r d； Re g i o n a l p a r t i t i o n p r i n c i p l e， ma na g e me n t mo d e a n d s ui t a b l e c o n di t i o ns ， i n v e s t i g a t i o n a n d g o v e r n a n c e c o mbi ne d wi t h n e w me t h - o d s， a d v a n c e d g o v e r n a nc e ma n a g e me n t pr o c e d u r e s， flo o r b l o c k wa t e r p r o o f c a pa c i t y e v a l ua t i o n me t h o d a n d k e y t e c hn o l o g y g o v e r n a n c e a nd o t h e r s u p p o r t i v e s y s t e m we r e c o r r e s p o n d i ng l y g a v e ． T he wh o l e s e t t e c hn o l o g y wa s p ut i n t o s t u d y a n d a pp l i c a t i o n i n Ha n x i n g mi n i n g a r e a， e s p e c i a l l y t h e g r o u n d mu l t i - b r a nc h ho riz o n t a l d ril l i n g ke y t e c h n o l o gy a p pl i c a t i o n r e s e a r c h， whi c h g o t e x c e l l e n t s a f e t e c h n o l o gy e f f e c t ， i n n o v a t e d o r d o v i c i a n l i me s t o n e k a r s t wa t e r d i s a s t e r g o v e r n a n c e i n d e e p mi n i n g mi n e s a n d u n d e r g r o u p c o a l s e a m mi n i n g ， mi n e d o u t t h e c o a l r e s o u r c e d s a f e l y t h r e a t e n e d b y c o n fi n e d w a t e r a n d p r o t e c t e d c o a l s y s t e m b a s e me n t o r d o v i c i a n l i me s t o n e k a r s t wa t e r e n v i r o n me n t ． Ke y wo r d s o r d o v i c i a n l i me s t o n e k a r s t wa t e r d i s a s t e r ； r e g i o n a l a d v a n c e d g o v e r na nc e t e c hn o l o gy ； l a r g e mi ni n g d e e p mi n e ； u n d e r g r o u p c o a l s e a m mi n i n g ； w a t e r e n v i r o n me n t p r o t e c t i o n 几十年来， 我国中、 东部煤矿区较大部分矿井转 入深部 开 采 ， 且 每年 以 l 0～2 5 m 向下 延 深， 截 至 2 0 1 3年底， 全国有4 7个矿井采深达到 1 0 0 0 m以深。 河北省南部的邯邢矿区是大水老矿区， 已有 4个矿井 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 0 9 责任编辑 韩晋平 作者 简介 赵庆彪 1 9 5 7 一 ， 男 ， 辽宁海城人 ， 博 士， 高级工程师 。 l 0 3 1 9 2 0 6 8 3 2 2， E ma i l q i n g b i a o z h 1 6 3 ． c o rn 第6期 赵庆彪 奥灰岩溶水害区域超前治理技术研究及应用 采深达到 1 0 0 0 m， 其 中九龙矿副井深达 1 3 4 0 m； 有 7个矿开采下组煤。邯邢矿 区煤系基底普遍发育有 巨厚奥陶系石灰岩强含水层 ， 受奥灰承压水威胁 的深 部及下组煤资源储量近 3 0亿 t ⋯。随着下组煤多年 开采 ， 采深加大使得突水系数接近或达到 煤矿防治 水规定 所规定的上限； 大采深矿井的上组煤开采同 样受 高承压奥灰水威胁。另外 ， 河北省属极度缺水省 份 ， 水环境及水资源保护形势紧迫 。奥灰岩溶水是当 地工农业和生活用水 的重要水源 ， 矿井突水必然带来 较大的地下水环境扰动和损害 ， 严重影响矿区及周边 地下水环境和用水保障供给。长期以来 ， 我国对承压 水上采煤所采取的煤层底板注浆加固和含水层改造， 从空间尺度上看 ， 均 以单工作面进行 ； 从时间尺度上 看 ， 均是在工作面运输巷和 回风巷完成 、 回采工作面 形成后实施 ； 从治理 目标层来看 ， 主要 以煤系薄层灰 岩含水层治理为主； 从治理场地来看 ， 主要 以井下为 主。卢萍等研究论述了冶金矿山在地面对奥灰含水 层实施帷幕注浆采矿技术 ； 张建国等研究了平顶 山矿区在地面实施帷幕注浆 区域治理辅以疏水降压 ， 也取得了较好的效果 J 。笔者针对大采深高承压水 头煤层开采背景 ， 首次提 出了空 间上 区域治理 、 时 间 上实施超前治理原则 ， 治理的对象 由煤层底板延伸至 奥灰岩层顶部。所 以， 基于地下水环境保护 ， 研究安 全开采受奥灰含水层突水威胁的深部煤炭资源具有 重要的现实意义。 1 区域超前治理可行性 分析 华北地区中奥陶系灰岩总体上为非均质各向异 性强含水层 ， 邯邢矿区奥灰岩一般分为 3组 8段 ， 奥 灰顶部的峰峰组一般存在着一定厚度的古风化壳 ， 占 邯邢矿区总矿井数 7 4 ． 5 ％ 。其风化断裂带厚度一般 为 9～ 5 0 m， 多被黏土质充填 ； 除少数浅部钻孔在 奥灰顶界漏水外 ， 其他进入奥灰 2 0 4 5 m才发生漏 水 。从收集的大量钻孔资料分析看 ， 各井 田奥灰顶部 七或八段厚度及进入奥灰含水层明显见水深度差异 较大 ， 如邢 台矿区的章村井 田一般在 3 0 1T I 以上 ， 北部 的东庞井 田一般在 2 0 m以上 ； 而峰峰矿区的九龙 、 羊 东等井 田相对偏小l 6 J 。奥灰顶部的岩溶 发育一般 随 埋藏深 度 的增 加 而减 弱， 如 邢 台矿 区东 庞 井 田 一 3 0 0 m以浅峰峰组裂隙率为0 ． 5 0 ％ ～ 1 ． 0 0 ％， 岩溶率 为 0 ． 1 ％ ～0 ． 2 ％ ， 一3 0 0 m 以深 裂 隙率 为 0 ． 3 ％ 一 0 ． 5 ％ ， 岩溶率为 0 ． 0 0 1 ％ ～ 0 ． 1 0 0 ％ ， 在一 6 0 0 m以深 ， 钻孔中少见岩溶现象。由此可见 ， 奥灰顶部风化壳充 填带的存在以及深部埋藏区岩溶发 育明显减弱使奥 灰顶部的注浆改造具备了可行性。 “ 先探后掘， 先治后采” 是下组煤及大采深矿井 带压开采最基本 的防治水原则。为 了适应较大规模 开采 的需要 ， 必须打破“ 一面一探查、 一面一治理” 的 常规 ， 采取更加超前主动的矿井 防治水措施 ， 积极 引 进定 向钻进技术 ， 采取井上 、 下相结合的方式， 更早地 对采区或更 大的区域进行超前钻探及 预注浆改造。 目前， 较为成熟的快速定向多分支水平钻井技术为实 现上述 目标 提供 了有利 的技术支撑 ， 为超前 区域治 理 、 大规模高效注浆改造奥灰顶部岩石段提供了必要 的条件 。 2 奥灰岩溶水害区域超前治理技术路线 在大采深高承压水条件下 ， 一般小型断裂构造或 断裂带都有可能形成突水通道 ， 在 目前超前探测技术 还不能完全探明隐伏断裂带或小构造 的情况下 ， 矿井 防治水思路应由一般 的超前探测向超前治理转变 、 由 局部单工作面治理向整体区域治理转变 ， 即采取超前 主动防范的区域治理思路 。 2 ． 1 区域超前治理指导原则及 内涵 近十多年来 ， 邯邢矿区所发生 7起较大及以上突 水大部分是隐伏导水构造和断裂带导水所致， 具有突 水量大、 隐蔽性强、 不易探查 的特点 J 。鉴于 目前 邯 邢矿区大采深矿井和下组煤开采突水威胁 以及防探 水技术还不能完全满足安全生产的现状 ， 首次提出了 “ 超前主动 、 区域治理 、 全 面改造 、 带压开采” 防治 水 指导原则 J 。其 内涵是 在 大采深高承压水头条 件 下 ， 以“ 不掘突水头 ， 不采突水 面” 为 目标 ， 对煤层 底 板从“ 一面一治理” 转变为以采 区或更大 区域 以及受 构造所分割的水文地质单元实施区域治理 ， 从 回采工 作面形成后再治理提前到掘前预先主动治理 ， 从以井 下治理为主转变为以地面治理为主， 从以煤系薄层灰 岩含水层作为主要治理对象延伸到以奥灰含水层顶 部作为主要治理对象。地面 区域超前奥灰治理是 治 本 ， 井下区域超前薄灰含水层治理是补充 。 2 ． 2 区域超前治理技术 目标和技术路线 2 ． 2 ． 1 区域超前治理模式及适用条件 根据 4 0多年煤层带压 开采经验 ， 提 出了以下 3 种大采深和下组煤开采矿井煤层底板水害治理模式 及适用条件 1 突水 系数 ≤0 ． 0 6 MP a ／ m， 以查 找封堵 垂 向导水通道为主 ； 2 0 ． 0 6 0 ． 0 8 M P a ／ m时应计划落实区域超前治理防治水指 导原则。 2 ． 2 ． 2 区域超前治理技术 目标 1 通过煤层底板全面注浆 改造 ， 突水系数必须 小于 煤矿防治水规定 的0 ． 1 M P a ／ m； 2 “ 以治定采” ， 治理达标煤量要大于回采煤 量 ； 3 区域治理工程超前掘采工程 ， 做到不掘突水 头 ， 不采突水面 ； 4 超前注浆治理工程量要达 到总工程量 7 0 ％ 以上 。 2 ． 2 ． 3 区域超前治理技术路线 1 区域超前 治理程 序 地 面物 探一地面 打钻 钻探 、 验证 一区域注浆治理一注浆效果检验； 2 井下掘前“ 条带” 治理程序 掘前物探一打钻 验证一注浆补强一先治后掘 ； 3 工作面采前 采面 内、 外部综合探测 物、 钻 探 一注 浆 补 强一全 面 改 造一效 果 检 验～采 前 评 价一回采。 采前评价 是采面治理后 ， 还要用同一种物探 手段进行治理前 、 后的效果对比和煤层底板阻水能力 测试 ， 然后进行专家综合评价。 3 区域超前治理关键技术 3 ． 1 地面水平多分支定向钻进关键技术 地面水平定 向钻进是利用特殊 的井底动力工具 和随钻测量技术 ， 钻成井斜大于 8 6 。 ， 并保持该角 度钻进一定岩层段的定向钻井技术 ， 包括随钻测量 、 井 眼轨迹控制、 井壁稳定技术等 。在煤矿防治水领域 应用水平定 向钻进技术 目的是探查复杂 的地质构造 并加以超前治理 ， 应用水平定向钻进技术对煤层底板 高承压奥灰含水层进行全面注浆改造。一般先在地 面施工垂直井 ， 然后造斜进入奥灰含水层一定深度变 成水平井 ， 对奥灰含水层进行充分揭露。在钻进 中以 寻找断层 、 溶洞和裂 隙为主 ， 若遇导水裂 隙等造成浆 液大量流失， 立即注浆治理； 若进入奥灰含水层未发 现导水裂隙等构造， 则施工多水平分支孔继续查找导 水裂隙等构造 。在找到导水裂隙等构造或在钻进中 有浆液漏失时， 要做压水试验 ， 根据吸水量 的大小最 后决定注浆量和浓度 ， 从而达到在地面超前注浆改造 奥灰顶部含水层的目的。 3 ． 2 井下定向钻进超前注浆治理 煤矿井下定向钻进技术是煤矿钻探领域 的一项 新技术 ， 该定向钻进技术采用带弯接头钻具 ， 钻杆不 回转 ， 利用高水压驱动螺杆马达带动钻头旋转 ， 加上 随钻测量技术监测 和通过调节螺杆马达工具面 向角 控制钻孔轨迹 ， 从而使钻孔尽量在 目标岩层中延伸 。 3 ． 2 ． 1 掘前“ 条带” 补强注浆治理 在掘进前方加 固煤层底板掩护煤巷掘进 ， 首先要 注浆加 固一定深度 的巷道底板 以封堵 潜在 的出水通 道 。一般以注浆扩散半径确定合理的超前钻探距离 和煤层底板加 固深度。实体煤掘进注浆加 固范 围和 深度如图 1所示。坚持 “ 见水必 注” 的原则 ， 对巷 道 前方的底板及侧向一定范围内予以注浆超前预治理 ， 这样为相邻采煤工作面设计 的沿空送巷 “ 不掘突水 头” 进行 了超前加 固； 如果附近有断裂构造等地质异 常体， 须需利用已有巷道进行超前注浆治理， 防止采 动活化出水 巷道 ／ ＼ 钻 L／ 钻 孔 ／ l ／ r I I l l 、 、 J I I l 】 I ＼I 『 5 0 m 一 5 0m l＼ 灰岩 图 1 掘进 超前条带注浆不 意 F i g ． 1 S c h e ma t i c v i e w o f t u n n e l i n g i n a d v a n c e b a n d s g r o u t i n g 3 ． 2 ． 2 采场补强注浆及相邻未采区域超前治理 回采工作面掘出后， 采煤工作面内一般用两种以 上物探手段指导底板补强注浆全面改造 ； 为相邻未采 区域“ 不掘突水头 ”创造条件 ， 将现有 回采工作面注 浆改造范围外延 5 0 m， 为创造相邻未采 区域超前注 浆改造， 如图2所示， 以保障相邻采煤工作面掘进 “ 不掘突水头” 。 图 2 相邻未采工作面超前注浆加 固示意 F i g ． 2 A d j a c e n t w o r k i n g f a c e a d v a n c e d gro u t i n g r e i n f o r c e m e n t 3 ． 3 带压开采底板隔水岩层阻水性能评价 对煤层底板隔水层的阻水能力， 需对其阻水抗压 的性能做评价 ， 这里给出了两种底板隔水性能评价方 法， 可求得岩体阻水抗压能力的安全储备系数， 从而 评价其带压开采的可靠性。经实践证明可行实用。 3 ． 3 ． 1 利用带压系数对底板隔水层阻水性能量化评 价 评价一个采区或工作面是否可以带压开采的直 第 6期 赵庆彪 奥灰岩溶水害区域超前治理技术研究及应用 接依据是带压系数 ， 即由底板隔水层到底能够削减多 少水头压力而定。 奥灰含水层顶面以上存在一定高度的原始导高 带 ， 其导高带又可划分为上 、 下两个分带， 其阻水能力 相差悬殊 ， 下分带 导水带 几乎无 阻水能力 ， 上分带 显水带 由于具有较强 阻水能力 ， 对于煤层带压 开 采具有重要意义 ， 显水带的作用就是将奥灰承压水头 削减至 0 。对底板 隔水层 阻水性能研究 的方法 主要 有 应用岩石学理论研究煤层底板隔水层厚 度、 组合 及强度变化规律 ； 应用随机场理论研究隔水层中导高 的分布规律 ； 应用 钻孔注水试验测试 隔水层 带压系 数 ， 评价底板隔水层阻水性能 。 底板阻层阻水性能可通过显水带带压系数体现 ， 显水带分段测试 、 整段测试和平均带压系数分别为 警 ， n o 1 式中， D 为显水带第 i 分段带压系数 ， MP a ／ m； D 为 显水带整段带压系数 ， MP a／ m； D 。 为显水带 整段平 均带压系数 ， MP a ／ m； P ， P 川 分别为第 i ， 1次测 定的水压值 ， MP a ； h 。 ， h 分别为第 i ， 1次测定 的垂 直煤层法线钻孔深度 ， m； i 为测试次数 ， i 1 ， 2 ， 3 ， ⋯， ； n o为底板 导水带顶水 压标高 ， m； h 为 显水带厚 度 ， m； P ， P 分 别 为 显 水 带 顶 、 底 部 测 定 水 压 值 ， MP a ； h ， h 分别为显水带顶 、 底部垂 直煤层法线 钻孔深度 ， I l l 。 该方法在邯邢矿区的东庞矿下组煤 9 1 0 3工作面 首次进行 了底板 隔水层阻水能力试 验与量 化研究。 首先利用底板测试 钻孔在其施工过程 中， 测试水压 、 水量和水 温数据 ， 即“ 三量测试 ” 。然后对 所测数据 进行分析 ， 计算 出不 同层段的带 压系数 ， 评价底板 隔 水层阻水性 能。根据显 水带 、 导水带及 阻水 储备带 导高带至底板破坏带之间 相对煤层在空间上的赋 存状况 ， 得出了 6种带压开采判别模型。 3 ． 3 ． 2 利用阻水系数对底板隔水层阻水性能量化评 价 通过原位实测技术 ， 取得底板不同岩层不 同组合 和不同结构构造条件底 板隔水性能 、 初始 导渗水压 力 、 抗渗透破坏强度等实测数据， 构建与煤层底板阻 渗条件相关 的评价模型 _ l 。煤层底板的实际阻水能 力评价为岩层阻水抗渗强度 P ， 即煤层底板隔水岩 层所具有的阻水抗压能力 ， 单位为 MP a ， 具体表达为 P ∑P im 2 其 中， m 为第 i 层段岩层厚度 ， m； P 为 i 层段 的单位 厚度所具有的阻水系数， M P a ／ m， 其大小主要受岩性 及底板岩层组合结 构状态影 响， 可通过式 3 确定 ， 即 。 3 式 中， A 为 i 分层侧压力系数 ； 为 i 分层覆岩的平均 容重 ， k N ／ m ； m为 i 分层覆岩厚度 ， m； 为 i 分层厚 度 ， m； a为结构效应消减系数 ， 取值 主要考虑底板岩 石结构类型和裂隙构造发育程度 。 近年在邯邢矿区下组煤及大采深煤层开采 中利 用阻水系数对底板隔水层 阻水性能量化评价进行了 较好的应用。 4 大采深矿井区域超前治理水害示范工程 4 ． 1 工程背景 邯邢矿区某矿 自 1 9 9 8年 1 0月开采 4号煤保护 层以来 ， 4个 回采工作面发生突水 ， 尤其 以 2 0 0 9 0 1 0 8 作为保护层的 1 5 4 2 3 N工作面采空区发生滞后突 水 ， 突水量超过矿井最大排水能力被迫停产 ， 根据水 文观测及水质化验资料确定突水源为奥灰水 ， 突水通 道为 4号煤 以下 的隐伏 导水 陷落柱 。所 以， 在采 深已达到8 5 0 m以深， 突水系数逐步接近 煤矿防治 水规定 上限情况下， 采取以地面治理为主， 井下治 理为辅区域超前治理立体防治水模式。 4 ． 2 定向钻孔设计及施工 在地面三维地震探测 和履行前述主要管理工作 程序基础上， 结合矿井水文地质勘探资料， 将奥灰岩 含水层顶部作为改造 目标层 ， 以- 8 5 0 r n水平北翼二 采区为单元 ， 依据已有水文探测成果设计布置 3个垂 向主孔 ， 主孔间距约 1 0 0 0 ff l ； 每个主孔根据浆液扩散 半径和工程需要 ， 设计了 4～ 7个水平分支孔 ， 原则上 覆盖全区域。应用 T 2 0 0 X D多功能全液压车载顶驱 钻机 定 向 钻 进 技 术 ， 钻 机 平 均 钻 进 速 度 0 ． 6 ～ 2 ． 0 m ／ m i n 。先施工 垂向主钻孔 到澳灰岩顶面七 、 八 段 孔深约 9 7 1 ． 6 m 层位 ， 再沿不同方位施工水平分 支孔。 4 号煤层底板各含水层注浆治理伴随着水平钻 孔施工的整个过程 ， 孔 口注浆打压不低于 4 ． 0 MP a ， 注浆材料 以 R 3 2 ． 5矿渣硅 酸水 泥为主， 浆液出现大 量流失时添加粉煤灰等作为辅 助注浆材料。钻探施 工 的各个阶段均采用下行式分段注浆方式 ， 即钻探施 工过程 中一旦浆液大量漏失就立 即进行注浆加 固。 施工至奥灰含水层后 出现钻进 中漏浆量大时 ， 在压水 试验的前提下 ， 确定注浆参数。注浆过程 中发现有串 煤 炭 学 报 2 0 1 4 年第3 9 卷 浆现象采取各注浆孔联合注浆方式 ， 上一 阶段注浆结 束后， 注浆孔、 串浆孔均应进行扫孔， 以防堵孔。以孔 口终 压 1 ． 0 M P a 、 稳 定 3 0 mi n和单 孔 吸 浆量 小 于 5 0 L ／ ra i n作为注浆结束标 准。治理 中， 根据钻探、 注 浆情况 ， 及时反馈 ， 不断优化设计 ， 按浆液扩散半径设 计施工另一方位水平钻孔 ， 直至达到区域治理设计要 求。 4 ． 3 区域超前治理效果 北翼- 8 5 0 m水平二采区区域治理钻孔累计进尺 1 5 6 5 1 m， 其 中水平定 向井进尺 1 2 3 8 6 m， 最大水平 钻距达 8 3 6 m， 共探查出漏失点 2 5个 ， 累计注浆量为 7 7 6 8 9 t 。区域治理成果如 图 3所示。 由于钻孔 以 “ 带 、 羽状” 的轨迹进入奥灰顶部 目标层后 ， 以水平或 近水平状态沿 目标层延伸， 能够探知所钻范围内地质 构造的情况， 并使原来在水平方向无联系的裂隙、 断 层及溶蚀溶洞等渗流或通道互相连通， 扩大了钻孔控 制范围， 改善 了区域水文地质条件 ， 为井 下“ 不 掘突 水头” 提供 了保障。 图 3 北翼二采 区区域治理钻孔轨迹成果 F i g ． 3 N o a h w i n g N o ． 2 mi n i n g a r e a r e g i o n a l g o v e r n a n c e d r i l l i n g t r a j e c t o r y a c h i e v e m e n t 在地面区域超前治理基础上， 井下以4 号野青煤 资源安全带压开采。 层 1 5 4 4 5 N回采工作面为核心， 进行掘前“ 条带” 及工 3 利用底板岩层带压系数及阻水系数对底板 作面采前补强注浆。通过井下测试钻孔原位测试， 利 隔水岩层阻水性能进行量化评价为安全带压开采提 用带压系数和阻水系数对煤层底板隔水层阻水性能 供 了技术支撑。 进行了量化评价 ， 结果表明 ， 区域超前治理有效地消 4 邯邢矿 区通过奥灰顶部 区域超前注浆改造 减 了煤层底板岩层薄弱 区各 向异性的“ 异度”， 提高 示范工程及 回采实践表明， 区域超前治理关键技术防 了底板阻水能力， 相应提高了井下不掘突水头、 不采 止了煤层底板突水， 保护了地下水环境及水资源， 具 突水面保障能力。获得保护层 回采煤量和 2号煤首 有明显的环境和社会效益 。 采煤工作面治理达标煤量共计 7 7万 t 。 5 结 论 1 提出了奥灰岩溶水害区域超前治理理念和 技术指导原则 ， 创新 了大采深矿井和高承压水上安全 开采的技术管理程序和水害防治技术路线 ； 形成了以 地面区域超前治理为主， 井下补强注浆为辅的立体注 浆治理模式， 先治后掘、 先治后采， 为实现“ 不掘突水 头 ， 不采突水面” 探索出一种新的方法。 2 将地 面定 向钻进技术应用到矿井煤层底板 改造领域中， 利用地面多分支水平钻孔技术 ， 对奥灰 含水层顶部进行“ 网、 羽” 状探注 ， 将其改造为相对隔 水层 ， 从根本上消除了奥灰灾害性突水通道； 从而科 学地延伸开采下限 ， 实现下组煤较大规模及深部煤炭 参考文献 [ 1 ] 刘建功， 赵庆彪， 尹尚先． 煤田隐伏岩溶陷落柱探查与综合治理 技术[ M] ． 北京 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