顾桥煤矿北二采区1312（1）首采面地面“两带”孔施工总结与“两带”高度探究

张华兵 张启慧

【摘 要】探测该种条件下煤层开采覆岩破坏特征，安全经济地留设防水煤柱，提高回采上限开采、解放煤炭资源，对指导各主采煤层工作面提高上限开采均具有重大的技术及经济意义。

【关键词】“两带”孔施工；冒落带；裂隙带

一、概况

顾桥矿位于安徽省凤台县城西北约20Km，矿井为全隐蔽含煤区，地层由老到新依次有奥陶系、石炭系、二叠系及新生界松散层。地层形态总体为一走向近南北、倾向东的反“S”型单斜构造，倾角一般5°～15°。顾桥矿北二采区上盘区为巨厚新生界松散层下开采中厚～特厚煤层采区，开采地质及水文地质条件中等。北二上盘区主要可采煤层防水煤柱的压煤量约1681.2万t，压煤量较大，其中11-2煤层防水煤柱压煤量292.2万t。探测该种条件下煤层开采覆岩破坏特征，安全经济地留设防水煤柱，提高回采上限开采、解放煤炭资源，对指导各主采煤层工作面提高上限开采均具有重大的技术及经济意义。

二、施工目的和任务

1312（1）工作面位于我矿北二11-2上盘区，煤层平均厚度2.8m，可采储量186.6万t，采煤方法为综合机械化开采，一次采全高，全部垮落法管理顶板。为探测该种条件下11-2煤层开采覆岩充分破坏的形态、最大导水裂隙带高度及相关的技术参数，特设计地面钻孔两个：裂3孔和裂4孔。钻孔原则上布置在开采边界附近即预计最大裂高发育地段，钻孔终孔时间为工作面开采煤壁过钻孔位置35～45天，为防止顶部裂隙压实愈合，钻孔施工不等覆岩体和地表变形沉降稳定。

三、施工过成及遇到的施工问题

本次设计的两个钻孔由山东省煤田地质局第一勘探队施工，先施工裂3孔。具体施工过程为：采煤工作面推进至钻孔位置前，施工至基岩稳定段（孔深511.32m），并下入φ127mm×6mm钢级J55石油套管至506.80m进行固井。固井后停工，等待工作面开采煤壁过钻孔位置后20天再进行施工，探测“两带”的高度。停工等待期间，钻机受到了地面沉降的影响。

为防止地面塌陷影响钻机生产，本次施工特选用HCR-8全液压履带式钻机，无需地面搭建四角钻塔，且能够液压调整钻机水平，排除地面塌陷引起地面钻塔歪斜的风险。当工作面开采煤壁过钻孔位置20天后，钻机进行第二阶段施工，投孔至130米，钻具无法继续下入，经孔内摄像发现，套管于130米处错断。

裂3孔施工规范，套管质量合格，下入流程规范，具体导致套管错断的原因分析为：煤层开采后，弯曲带一直影响到地面，钻孔位于工作面边缘，套管受到斜向下的应力作用，最终超过套管承受极限而错断（图3）。

针对裂3孔出现的情况，特调整裂4孔施工流程。具体为：根据井下生产进度安排，得到工作面开采煤壁过裂4孔位置40天的日期为6月12日。裂4孔施工预计需要30天，因此安排开工时间为5月12日，开工后先施工至基岩稳定段后下套管，固管合格后，直接进行下一阶段的施工，减少中间等待的时间。此施工流程钻孔开工时，工作面开采煤壁已经过钻孔所在位置，因此施工过程中，可能受到地表下沉的影响。经过施工检验，此施工流程受地表下降的影响可控，且保证了套管的安全，裂4孔完成了钻探施工任务。

四、“两带”高度探究

裂4孔地表复测标高为22.39米，地表下沉较明显，钻进至575.20m循环液消耗量0.27m3/h，钻进至582.46m，消耗量1.64m3/h，钻进至582.66m消耗量突增至8.1m3/h，后迅速全部漏失，漏失泵量15m3/h。经过堵漏继续钻进，钻孔从583.66m至593.25m，消耗量从3m3/h增至12m3/h，至593.81m处，循环液全部漏失，漏失量大于15m3/h。后顶水钻进至612.17m，发生卡钻掉钻情况，无法继续钻进，停钻封孔。

根据经验公式，厚煤层0～54°，中硬（覆岩岩性单向抗压强度20～40MPa，主要岩石为砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩）。

冒落带计算公式：

导水裂隙带计算公式为：

或者

（M为累计采厚）

由公式判断冒落带高度约为6.5～10.9m。

由公式判断最大导水裂隙带高度约为29.05～43.5m。

由裂4孔实际钻探分析，钻探深度582.66m，消耗量迅速增加，表明已经达到导水裂隙带，结合此处岩性发育，漏失较大。综合分析判断导水裂隙带为从煤11-2顶板634m至582.66m，高度为51.34m，为采高的18.3倍。根据钻孔出现夹钻掉钻情况，判断冒落带大致从612m开始，冒落带高度为22m，为采高的7.9倍。

五、总结

本次两个钻孔的施工，积累了“两带”孔的设计、施工经验，为今后此类工程的设计、施工，探明了道路。本次调查施工以11-2煤层为观察对象，依据11-2煤层顶板工程地质条件和水文地质条件，研究“两带”覆岩破坏规律，通过观测钻孔冲洗液消耗方法得到的冒落带和裂隙带高度和通过经验公式计算出的高度存有部分差异。与经验公式相比，探测结果偏大。考虑到矿区巨厚新生界松散层及薄基岩，煤层采煤后裂隙发育比较充分，冒落带和裂隙带存在较大的高度。因此应加强工作面防治水工作，减少水体对矿井生产的威胁。

【参考文献】

[1]杨振.杨友伟.初艳鹏.浅埋煤层开采覆岩“三带”分布规律研究[J].山西煤炭 2010.30（9）：36-38

[2]涂敏.潘谢矿区采动岩体裂隙发育高度的研究[J].煤炭学报，2004（06）：3-7.

[3]金连生，牟金锁.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京：煤炭工業出版社，2000.