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摘 要：朱庄煤矿Ⅲ63采区采取单层双翼布置，其东翼受小煤窑盗采影响，但盗采范围不清，严重威胁矿井安全生产。传统的探查方式方法无法彻底查清小煤窑盗采范围，导致防隔水煤岩柱留设依据不足，不能保证Ⅲ63采区安全开采。需创新采取新技术查清小煤窑盗采范围并进行有效治理，确保防隔水煤岩柱留设科学、可靠。本文以朱庄煤矿小煤窑探查为例，论述了在地面定向钻孔在小煤窑探查与封堵中应用。
关键词：地面定向钻；较软煤层；小煤窑盗采
Practice and Thinking of Hround Directional Drilling along Soft Coal Seam to Explore and Control the Area of Stealing Mining in Small Coal Kiln
Zhang Jieru
Zhuzhuang Coal Mine of Huaibei Mining Co. LTD, Huaibei 235047, China
Abstract: The Ⅲ63 mining area of Zhuzhuang coal mine adopts single-layer double-wing layout. The east wing is affected by the unauthorized mining of small coal kilns with unclear scope, which seriously threatens the mine safety production. The traditional exploration methods can not thoroughly find out the scope of stealing mining in small coal kiln, resulting in the lack of water-proof coal pillar setting basis, can not guarantee the safe mining in Ⅲ63 mining area. It is necessary to adopt new technology to find out the scope of stealing mining in small coal kiln and take effective treatment to ensure the scientific and reliable installation of water-proof coal pillar. Taking the exploration of small coal kiln in Zhuzhuang coal mine as an example, this paper discusses the application of directional drilling in the exploration and plugging of small coal kiln.
Keywords: surface directional drilling; Softer coal seam; Small coal mines steal
1 概述
朱庄矿井属华北型煤田，主采煤层为二叠系下石盒子组3、4、5煤以及山西组6煤。Ⅲ63采区回采6煤层，Ⅲ63采区东翼6煤层厚度1.3～2.9m，煤层f＜0.5，探查区域发育有小型向斜，煤层起伏变化大，小型断层极其发育。该采区为单层双翼布置，东翼受小煤窑盗采影响。该小煤窑已于2014年关闭，小煤窑采取顺煤巷采方式开采，无可靠图纸资料，盗采范围不清，严重威胁矿井安全生产。为此，矿井采取钻探方法进行盗采范围探查，在探查过程中，在小煤窑提供的盗采巷道与朱庄矿之间的未采区发现多个浆液漏失点，分析为盗采区。传统的探查方式方法已因小煤窑巷采方式不清无法彻底查清范围，导致探查存在盲区，不能保证万无一失[1]。
2 治理思路的优化
根据前期探查浆液漏失点，并结合与小煤窑相关人员咨询和其他探查成果，按小煤窑提供的越界巷道向朱庄矿方向推移14m定为推测越界巷道线，推测巷道线向朱庄煤矿方向推移50m划定为疑似盗采线，疑似盗采线向朱庄矿方向再推移50m划定为设计探查线，采用地面定向钻连续全覆盖的探查一条完整煤柱线，并根据探查结果留设防隔水煤（岩）柱。并对探查过程中出现浆液漏失点（盗采区域）采取逢漏必注的方式进行治理，增加防隔水煤柱厚度。
3 治理方案
3.1 方案设计
地面定向顺煤层钻孔：孔口位置避开村庄、河流、水塘等地面不适宜地带，通过井上下对照，合理设计钻孔轨迹，避开采空区、并与现有的井下巷道达到安全距离[2-3]。针对此次探查要求设计3个地面定向钻孔组，其中主孔3个，预留机动孔6个，孔组之间相互压茬，确定一条完整煤柱线。
图1 钻孔设计平面布置图
Fig.1 Drill hole design layout
注浆工艺：对探查过程中出现浆液漏失点（盗采区域）采取逢漏必注的方式进行治理，以注高浓度水泥浆液注浆加固为主，注浆终压达到静水压力（按小煤窑采空区积水至井口的最大值计算）的1.5倍，彻底充填盗采区域，增加防隔水煤柱厚度。
3.2 钻孔结构
为满足顺煤层效果和高压注浆要求，采取两路套管结构形式下至套管。以TCM2孔为例，其中主孔直孔段0~111.2m，下Φ244.5mm表层套管0~110.84m，至第四系松散层下10m；造斜段111.2~400m，下Φ177.8mm技术套管420m；裸孔段顺煤层施工。
图2 TCM2钻孔剖面布置图
Fig.2 TCM2 borehole profile layout
4 技术难点与对策
1）探查区域煤层厚度仅1.3～2.5m，顺煤层难度大。为此，采取根据探查区域地面钻孔及实际揭露等资料，精准修正煤层等高线，每个100m确定一个控制点，确保每个钻孔选择3～4个精准靶点，保证钻孔轨迹在煤层中顺层钻进；先施工地面定向探查孔，及时分析探查情况，调整补齐未顺煤层段，确保煤柱线压茬连续。
2）因巷采范围不清，导致施工过程中出现浆液漏失，存在卡钻、埋钻风险。为此，采取钻进过程中出现浆液漏失时第一时间提钻，然后对出现浆液漏失区进行高压注浆封堵[4][5]。
3）该探查区域煤层硬度小，f＜0.5，长距离顺煤层钻进难度极大。为此，采取合理配比循环泥浆，采取泥浆护壁技术保障钻孔成孔，避免因煤层较软导致卡钻、埋钻[6]。
4）该区域煤层顶底板岩性相差较小，当钻孔擦顶或擦底时难以判断分析。为此，钻孔施工过程中，专业技术人员全程现场跟班，每1m取一次岩粉进行判层，并上图分析，及时修正钻孔轨迹。
5 取得成效
1）通过现场煤岩性判断、浆液消耗、钻孔顺煤等资料分析，由TCM4-1孔、TCM2-1孔、TCM2-3孔、TCM2-3-1孔、TCM3-2孔和TCM3-1孔无浆液漏失的连续顺煤层段接续形成完整的实体煤柱线，为留设防隔水煤柱提供了可靠依据。
2）对探查确定的TCM3-1、TCM1-2、TCM2-2孔3个漏失点进行注浆封堵。累计注水泥195t。其中TCM1-2孔累计注水泥44t，孔口终压3MPa(孔底终压8.79 MPa)；TCM2-2孔累计注水泥103t，孔口终压4MPa(孔底终压9.67MPa)；TCM1-4孔进行注浆，注浆48t，终孔压力8MPa（孔底终压13.4MPa）。
TCM1-2、TCM2-2、TCM1-4孔注浆孔底终压8.79～13.4MPa，约为土型北煤矿可能最大水压（5.546MPa）的1.6～2.4倍，有效地将TCM1-4孔向朱庄矿方向的范围内盗采区域进行封堵，增加了有效防隔水煤岩柱尺寸。
图3 探查连续完整煤柱线平面图
Fig.3 Plan of exploration continuous and complete coal pillar line
6 结论
1）在煤层硬度f＜0.5的中厚煤层顺煤钻进取得成效，最长顺层距离达318m。
2）对于构造发育的探查区域，必须先定向钻查清煤层赋存条件和构造发育情况，再进行定向顺层探查。
3）在泥浆护壁、精准定向、判层及司钻操作等关键技术取得了重大突破。
4）经过此次试验工程的成功，对以后小煤窑老空水探查及瓦斯治理值得推广。
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作者简介：张结如（1985-），男，安徽淮北人，汉族，高级工程师，朱庄煤矿地测副总工程师，学士，从事煤矿防治水
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