地面区域探查、治理钻孔布设优化
利用地面定向钻探技术综合治理矿井大型断层
利用地面定向钻探技术综合治理矿井大型断层作者：靳卫虎来源：《科学与技术》2018年第27期摘要：本文介绍了地面定向钻探技术在矿井的应用，并通过地面定向钻孔沿巷道穿断层探查，对探查范围内断层破碎带进行注浆综合治理实例分析，得到了地面定向钻探技术综合治理矿井大型断层过程中的一些常见问题及解决方法，证明了地面定向钻探技术综合治理矿井大型断层具有广泛的推广应用前景。
关键词：定向钻探；大型断层；高压注浆1 地质概况1.1治理区地质概况袁店一井煤矿东翼大巷（东翼轨道大巷、东翼回风大巷、东翼运输大巷）位于矿井东部，由原东翼三条大巷生根至矿井边界附近，顺矿井边界穿aF1断层∠60～70°H=260～310m和五沟杨柳断层∠65～75°H=140～325m，5‰上山施工。
大巷外段（方位N50°）施工层位位于32煤顶板约78～145m，里段（方位N114°）施工层位变化较大，aF1断层前位于32煤顶板约170m，aF1断层后位于32煤底板约125m，局部受断层影响将揭露32煤，穿五沟杨柳断层后层位位于10煤顶板约10m。
东翼轨道大巷标高-740.5m～-723.6m，长约3377m，东翼回风大巷标高-740.5m～-710.6m，长约3481m，东翼运输大巷标高-740.5m～-722.2m，长约3446m。
东翼大巷施工期间主要受煤层顶底板砂岩裂隙水和断层水影响。
其中aF1和五沟杨柳断层为大型断层，落差较大，掘进施工期间影响较大。
据2017-D5孔对aF1断层破碎带抽水试验资料：q=0.00016L/（s.m），k=0.000198m/d，富水性弱。
103采区大巷穿aF1断层期间也无水文地质异常，由此说明aF1断层富水性弱、导水性差。
2 东翼大巷穿aF1断层综合治理方案2.1 巷道穿aF1断层情况分析aF1断层为正断层，倾角约60～70°，落差260～310m，断层面较为破碎。
井下探放水技术规定
一井下探放老空水技术要求1.老空水探放原则对于采掘工作面受老空水害影响的矿井，应当坚持“预测预报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则进行探放水。
除了要遵循上述原则外，探放老空水还应遵循以下具体原则：（1）主动探放的原则。
当老空区上方（地面或井下）不存在重要建筑物、老空水与地表水体及煤系含水层水力联系不密切，老空积水体压覆的大量煤炭资源急待开采时，应采取主动探放原则，将该部分老空区积水疏干，以彻底解除水患。
（2）先隔离后探放的原则。
包括两种情况：一是老空区水与地表水有密切水力联系，接受降水和地表水补给；或老空区的积水量大，不易疏干。
为避免矿井增加长期排水费用，应先设法隔断老空积水补给源或减少老空区补给水量，然后再进行探放水。
二是煤层松散或节理发育，采掘工作已邻近积水区，直接探放水有安全隐患时，应先修筑隔水墙，并预埋套管，在墙外进行探放水。
如果隔断老空区补给水源有困难而无法进行有效的疏放，必须留设防水煤(岩)柱，与生产区隔开，待条件成熟后再进行处理。
（3）先降压后探放的原则。
对水量大、水压高的老空积水区，—3—应本着从高处向低处分段、逐步探放的原则，降低老空区水压；或先从煤层顶底板岩层打放水钻孔，把水压降至安全值后，然后再沿煤层打探水钻孔。
（4）先堵后探放的原则。
当老空区积水与强含水层水或其他水体存在密切的水力联系，且补给量较大时，应先封堵老空水与其他水体的水力联系通道，然后再进行探放水。
2.老空水“三线”当采掘工作面接近老空积水区时，为防止老空水透水，确保采掘工作和人身安全，需将老空积水区的积水围、水位标高、积水量等资料填绘在采掘工程图上。
经过分析划出三条界线，即积水线、探水线、和警戒线，简称“三线”（图1）。
图1积水线、探水线和警戒线示意图1—积水线（采空边界）；2—探水线；3—警戒线积水线：即老空区、小窑采空区的积水围。
是根据地质调查、物探、钻探等探查结果圈定的老空积水边界线。
探水线：根据积水区的位置、围、地质及水文地质条件及—4—其资料可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定。
底板灰岩水地面超前区域探查治理方法研究
底板灰岩水地面超前区域探查治理方法研究摘要：煤矿开采中灰岩水地面区域探查、治理工程是个新课题，采用传统的井下钻探方法对断层的探查与治理难度较大，耗时长，并且危险性大。
底板灰岩水地面超前区域探查治理技术是近灰岩水害防治新技术,该技术具有诸多优点，如探查治理时间超前、、水害隐患整体消除效果好等，该项技术值得同行借鉴。
关键词：灰岩水；区域探查；技术路线；方案新集二矿1煤组属底板灰岩承压水上开采，开采受底板灰岩水威胁，同时隐伏垂向导水通道导通奥灰水也是制约1煤组安全开采重要因素；但受煤系地层上覆巨厚推覆体片麻岩和寒武系地层高屏蔽影响，地面三维地震勘探效果差，未能起到探明隐伏垂向导水通道的作用。
因此，按照上级规定采取超前区域探查治理措施。
1 进行超前区域探查治理的必要性和可行性1.1 超前区域探查治理的必要性淮南矿区1煤组底板奥灰和寒灰为区域强含水层，若存在垂向导水通道，可造成突水。
周边矿井存在或已揭露导水陷落柱，且发生过井巷工程接近陷落柱造成突水淹井事故。
因此，垂向导水通道的发育严重制约矿区1煤组安全开采。
上世纪末新集二矿虽然开展了三维地震勘探，但早期的三维地震勘探不能进行二次精细解释，地面已不具备高精度三维地震勘探条件，未能起到探明隐伏垂向导水通道的作用。
因此，垂向导（含）水通道查治制约了矿井1煤组的安全开采。
1.2 超前区域探查治理的可行性地面超前区域探查治理技术原理：地面水平定向分支顺层钻探是指从地面垂直开孔，以一定的角度在目标层位灰岩中顺层钻进的技术，一般通过一个地面主孔施工多个定向分支钻孔，控制灰岩注浆改造范围，达到区域注浆改造的目的。
地面超前区域探查治理技术不仅在河北、河南等地成功应用，更重要的是成功应用于新集二矿2201、2301采区，根据实践结论，该技术符合矿井地质及水文地质情况，采用地面顺层钻孔进行超前区域探查治理技术能查明陷落柱及垂向隐伏导（含）水构造，有效防范煤层底板奥灰水向工作面突水的风险。
“一通三防”重点管控规定
附件1:“一通三防”重点管控规定一、防突第一条新水平、新采区设计前必须进行突出危险性评估（开拓前预测），用于指导水平、采区设计及石门揭煤工作；突出煤层新水平、新采区首采面回采巷道作业前必须完成开拓后预测。
第二条瓦斯参数测定。
瓦斯参数测定是瓦斯治理的基础和难点，必须做到“前瞻、规范、准确、够用”。
（一）前瞻。
垂深每增加50m、走向300m至少测定一组煤层瓦斯压力、瓦斯含量等突出参数；按要求测定煤层透气性系数和钻孔抽采（卸压）半径抽采参数及煤的工业分析指标。
开拓工程具备条件，必须及时测定参数。
（二）规范。
严格执行《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》、《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》两个标准。
同一地点必须直接测定瓦斯压力、瓦斯含量，并间接计算煤层瓦斯含量，两种指标相互验证。
同一测点必须布置两个测压钻孔，瓦斯压力取最大值为测定结果。
（三）准确。
直接测定煤层瓦斯压力，钻孔要避开断层、地勘等钻孔见煤点等。
测压钻孔必须采用高压注浆措施，消除渗漏影响；建立瓦斯压力测定、观测台账，装表测压初期每天至少观测3次；绘制压力曲线，压力稳定后现场拆表确认，矿总工程师对测压资料审核。
直接测定煤层瓦斯含量，软煤优先采用孔口接渣，井下取样时间原则上不超过5分钟；从井下取样开始至地面破碎解吸结束，时间不得超过12小时。
（四）够用。
开采煤层每一地质单元内，沿走向布置测试点不少于2个，沿倾向不少于3个，并有测试点位于埋深最大的开拓工程部位。
要及时分析、利用瓦斯参数，为科学、合理瓦斯治理设计提供依据。
第三条坚持“全资源、大联合、盯重点、利治灾”设计原则。
（一）突出矿井必须优先开采保护层。
（二）矿井运输、轨道、回风大巷及采区上山等主要巷道必须布置在岩层或非突出煤层中。
底（顶）板瓦斯抽采巷等岩石巷道距离突出煤层的最小法向距离不得小于20m。
（三）避免应力集中区，突出煤层的巷道优先布置在被保护区域或其他卸压区域。
突出煤层沿空掘进净煤柱留设不得大于3m（受巨厚火成岩影响的沿空掘进不得大于5m）。
滑坡勘察钻孔布置原则
滑坡勘察钻孔布置原则1. 引言滑坡是指由于地质、地形、气候等因素引起的地表土壤和岩石的失稳而发生的地质灾害。
滑坡勘察是为了了解滑坡的成因、规模、活动性以及对周围环境的影响等，从而为滑坡防治提供科学依据。
钻孔是滑坡勘察中最常用的手段之一，通过钻孔可以获取地下土壤和岩石的物理性质、结构特征以及水文地质信息。
本文将介绍滑坡勘察钻孔布置的原则。
2. 勘察钻孔布置原则2.1 基本原则滑坡勘察钻孔布置应遵循以下基本原则：•全面性：钻孔应覆盖滑坡的整个范围，包括滑坡的头部、滑体、滑床以及滑坡周边地区。
钻孔布置应能够提供滑坡的全面信息，以便准确地判断滑坡的性质和演化过程。
•随机性：钻孔布置应具有一定的随机性，以避免人为因素对勘察结果的影响。
随机布置的钻孔能够更好地反映滑坡的整体情况，提高勘察结果的可靠性。
•补充性：钻孔应根据勘察需要进行布置，以补充其他勘察手段无法获取的信息。
例如，在滑坡的关键部位或存在重要地质构造的地方进行钻孔，以获取更详细的地质信息。
2.2 布置原则钻孔布置应根据滑坡的特点和勘察目的来确定，下面是一些常用的布置原则：•剖面布置原则：根据滑坡的形态特征，将钻孔布置在滑坡剖面上，以了解滑坡的结构特征和土体性质的变化。
通常在滑坡的头部、滑体和滑床等关键部位进行钻孔布置。
•网格布置原则：将滑坡区域划分为若干个网格，每个网格内布置一个或多个钻孔。
通过网格布置可以全面地了解滑坡的整体情况，揭示滑坡的内部结构和变形特征。
•代表性布置原则：根据滑坡的类型和规模选择代表性的钻孔位置。
例如，在活动性滑坡中选择位于滑体前缘、滑体中部和滑体后缘的钻孔，以了解滑坡的活动性和变形特征。
•补充布置原则：根据其他勘察手段的结果进行钻孔布置，以补充勘察信息。
例如，通过地震勘探或地电勘探确定滑坡的潜在滑带位置，并在该位置进行钻孔，以了解滑带的性质和特征。
2.3 钻孔密度钻孔密度是指在单位面积或单位长度上布置的钻孔数量。
钻孔密度的确定应根据滑坡的类型、规模、复杂程度以及勘察目的来确定。
临汾市人民政府办公厅关于转发市煤炭工业局临汾市煤矿老空水害防治工作方案的通知
临汾市人民政府办公厅关于转发市煤炭工业局临汾市煤矿老空水害防治工作方案的通知文章属性•【制定机关】临汾市人民政府办公厅•【公布日期】2017.06.19•【字号】临政办发〔2017〕50号•【施行日期】2017.06.19•【效力等级】地方规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】正文临汾市人民政府办公厅关于转发市煤炭工业局临汾市煤矿老空水害防治工作方案的通知临政办发〔2017〕50号各相关县、市、区人民政府，市直有关部门：由市煤炭工业局拟订的《临汾市煤矿老空水害防治工作方案》已经市人民政府同意，现转发给你们，请认真贯彻执行。
临汾市人民政府办公厅2017年6月19日（此件公开发布）临汾市煤矿老空水害防治工作方案市煤炭工业局为认真贯彻落实山西省人民政府办公厅《关于印发山西省煤矿老空水害防治工作规定的通知》（晋政办发〔2017〕36号）、山西煤矿安全监察局山西省煤炭工业厅《关于印发〈井下探放老空水技术要求〉〈井下老空水探查物探技术指引〉的通知》（晋煤监政法〔2017〕116号）和山西省煤炭工业厅《关于全面推行煤矿防治水分区管理进一步加强防治水工作的通知》（晋煤行发〔2017〕128号）等文件精神，结合我市地方煤矿存在的老空积水“两多（存在老空积水的矿井多、老空积水区个数多）、两大（老空积水范围面积大、老空积水量大）、一重（老空水危害严重）”和专业技术人员少、防治经验不足的现状和问题，将从组织体系、技术体系、制度体系、保障体系等方面采取“四位一体”的方法防治煤矿老空水害，从而全面提升我市煤矿防治水工作水平和水害治理能力，确保全市安全生产形势持续好转。
一、全市煤矿老空水现状根据2016年12月编制的《临汾市地方煤矿采空区及积水范围勘查与水害综合防治总体规划报告》统计结果，临汾市目前生产和在建的42座地方煤矿共有老空积水区806处，积水区总面积38平方公里，估算积水总量约为2239万m3，积水量大于5000m3的老空区455处。
煤矿地测防治水专业知识题库
地测防治水专业知识题库必知必会一、单选题（100题）1、煤层顶底板砂岩裂隙水是工作面活动时的直接充水水源。
砂岩属于（）。
A、生物岩类B、化学岩类C、粘土岩类D、碎屑岩类标准答案：D2、下列哪种不是储量增减的处理方式（）。
A、储量的转出B、呆滞C、储量的转入D、注销标准答案：B3、地下水的温度与埋藏深度有关，在恒温带以下的水温，则随着深度的加大而逐渐升高，其变化规律决定于地区的地热增温梯度，即地温梯度，正常地温区地温梯度小于或等于（）。
A、2.5℃/100mB、3℃/100mC、2℃/100mD、1.5℃/100m标准答案：B4、岩溶发育必须具备的基本条件：有可溶性岩层、有裂隙而透水、水有溶蚀性、水在岩层中是流动的。
以下（）不是可溶性岩石。
A、砂岩B、石膏C、石灰岩D、岩盐标准答案：A5、因受陷落柱影响而留设煤柱造成的煤炭资源损失，按发生的原因应为（）损失。
A、不合理B、永久煤柱C、落煤D、地质及水文地质标准答案：D6、井田内所有钻孔必须全部标注在（）平面图上，建立台帐。
A、工业广场B、排水系统C、通风系统D、采掘工程标准答案：D7、地震勘探是（）。
A、沿着地面或水面进行地震勘探工作的路线B、对地下界面同一点的重复观测的次数C、激发点与接收点的相互位置关系D、用人工产生地震，借助地震波研究地下地质构造的方法标准答案：D8、根据《关于规范地面钻孔（井）现场监管的通知》要求：地面各类钻孔施工期间，每孔每周现场督查不少于（）次，关键工序节点随时到场，记录监管情况并现场留影备查。
A、1B、2C、3D、4；标准答案：A9、煤矿地质类型每（）年应当重新确定。
煤矿发生突水、煤层发生瓦斯突出等地质条件变化时，应当在1年内重新进行地质类型划分。
A、3B、4C、5D、2标准答案：C10、《关于2019年地质保障和防治水工作的实施意见》中要求：加强超前地质探查，近煤层岩巷掘进超前探查钻孔与煤（岩）层夹角原则上不小于（），每组测斜钻孔数比例不小于50%，准确控制层位。
煤矿顶板水、地板上、老空水防治技术
透水预兆：挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起、水色发浑，有臭味、工作面有害气体增加、裂隙出现渗水等。
第一节顶板水防治第六十二条当煤层（组）顶板导水裂隙带范围内的含水层或者其他水体影响采掘安全时，应当采用超前疏放、注浆改造含水层、帷幕注浆、充填开采或者限制采高等方法，消除威胁后，方可进行采掘活动。
第六十三条采取超前疏放措施对含水层进行区域疏放水的，应当综合分析导水裂隙带发育高度、顶板含水层富水性，进行专门水文地质勘探和试验，开展可疏性评价。
根据评价成果，编制区域疏放水方案，由煤炭企业总工程师审批。
第六十四条采取注浆改造顶板含水层的，必须制定方案，经煤炭企业总工程师审批后实施，确保开采后导水裂隙带波及范围内含水层改造成弱含水层或者隔水层。
第六十五条采取充填开采、限制采高等措施控制导水裂隙带高度的，必须制定方案，经煤炭企业总工程师审批后实施，确保导水裂隙带不波及含水层。
第六十六条疏干（降）开采半固结或者较松散的古近系、新近系、第四系含水层覆盖的煤层时，开采前应当遵守下列规定：（一）查明流砂层的埋藏分布条件，研究其相变及成因类型；（二）查明流砂层的富水性、水理性质，预计涌水量和评价可疏干（降）性，建立水文动态观测网，观测疏干（降）速度和疏干（降）半径；（三）在疏干（降）开采试验中，应当观测研究导水裂隙带发育高度，水砂分离方法、跑砂休止角，巷道开口时溃水溃砂的最小垂直距离，钻孔超前探放水安全距离等；（四）研究对溃水溃砂引起地面塌陷的预测及处理方法。
第六十七条被富水性强的松散含水层覆盖的缓倾斜煤层，需要疏干（降）开采时，应当进行专门水文地质勘探或者补充勘探，根据勘探成果确定疏干（降）地段、制定疏干（降）方案，经煤炭企业总工程师组织审批后实施。
第六十八条矿井疏干（降）开采可以应用“三图双预测法”进行顶板水害分区评价和预测。
有条件的矿井可以应用数值模拟技术，进行导水裂隙带发育高度、疏干水量和地下水流场变化的模拟和预测；观测研究多煤层开采后导水裂隙带综合发育高度。
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地面区域探查、治理钻孔布设优化
摘要：煤矿开采中灰岩水地面区域探查、治理工程是个新课题，底板灰岩水地面超前区域探查治理技术是近灰岩水害防治新技术,该技术具有诸多优点，比如具有探查面积大、钻孔轨迹精度高、施工安全、不受场地地形环境影响、可超前探查不受开采进度影响、水害隐患整体消除效果好等等优点。
顺层多分支水平孔钻探技术在地面区域超前探查与治理水害的方法得到了广泛应用，该项技术值得同行借鉴。
关键词：区域探查；钻孔布设；实施；效果
淮南矿区A组煤受底板灰岩水害威胁，为实现的工作面安全回采，需要在采掘活动前进行地面区域探查治理。
地面定向分支水平钻孔，在地面钻凿直孔，然后在适当深度进行定向造斜，最后在一定深度形成定向水平钻孔群，见图1。
地面钻孔具有探查面积大、钻孔轨迹精度高、施工安全、不受场地地形环境影响、可超前探查不受开采进度影响等优点。
顺层多分支水平孔钻探技术在地面区域超前探查与治理水害的方法得到了广泛应用。
图1 地面区域探查、、治理钻孔布设
1问题的提出
矿井水害一直以来是两淮煤田的重大灾害之一，严重威胁着矿井的安全生产。
淮南矿区浅部煤炭资源逐渐枯竭，但深部煤炭资源储量丰富、煤质较好，因此，
煤矿逐步向深部水平延伸开采，不得不面临灰岩水害的威胁。
近年来，两淮矿区
发生过较大的灰岩突水事故，如2013年2月3日淮北矿业集团桃园煤矿发生一
起奥灰陷落柱突水，事故造成1人死亡，矿井被淹；2017年潘二煤矿“5·12”
灰岩突水事故，最大突水量为14 520 m3/h，事故造成矿井被淹。
张集煤矿根据
生产接替规划，需解放东一1煤上采区西翼煤层，依据底板灰岩水害防治思路，
实施张集煤矿东一1煤上采区西翼开采底板灰岩水害地面区域探查治理工程，原
设计在水平孔两侧实施“羽状”若干分支孔（又称鱼刺孔）钻孔布设，该方法低
效透孔相对较多，影响生产效率和孔内安全。
如何在满足煤业公司4#文分段注浆
要求前提下，用最少的工程量达到最好的探查治理目的是需要解决的问题。
2具体实施方式
张集东一Ⅰ期工程主要目的是掩护系统巷道掘进，治理区域位于采区预治理
区域的东部，南北走向长约1.38km，东西倾斜长约0.51km，治理面积0.75km2。
治理区域平面上呈不规则形状，有12个拐点，增加了钻孔布设的难度。
2.1原设计方案
采用单一的“羽状”布设3个主孔、38个分支孔，水平段进尺18030m，透
孔13082m。
进尺相对减少，重复透孔段增多。
钻孔布设见图3，钻孔工程量表1。
2.2优化后的方案
采用“笆斗状”和“羽状”搭配布设3个主孔、30个分支孔，水平段进尺19928m，透孔11647m。
进尺相对增多，重复透孔段减少。
优化后钻孔布设见图3，工程量见表2.
2.3新老方案对比
原设计采用“羽状”布设，治理范围小，治理盲区需补充治理，故分支孔多，有效进尺少，透孔量相对较多，只适用在治理区域简单，施工条件较好的区域施工。
优化后结合治理区域采用“笆斗状”和“羽状”灵活搭配布设。
“笆斗状”
分支孔相对较长，施工难度大；“羽状”分支孔相对较多，施工难度小，两种类
型相互补充，能大面积覆盖治理区域，减少多余的分支孔数量，增加有效进尺，
减少透孔工程量。
3存在的不足
“笆斗状”布设的分支孔一般较长，越往深部施工，托压现象越明显，故位
垂比不宜过大，一般控制在1.5左右，不要超过2。
分支拐点尽量靠前，分支拐
点越靠后，滑动摩阻越大，越难控制井眼轨迹，在定向钻进时尽量多复合少滑动。
4有益效果
张集东一I期工程设计3个主孔、30个分支孔，于2021年5月开工，截至2022年12月已顺利完成3个主孔、26个分支孔，完成总工程量的75%，验证了
该理论成果的合理性、可行性。
有益效果如下：比原设计增加了1898m有效进尺，增加产值455.3万元；比原设计减少了1435m低效透孔，透孔容易岔新孔，产生
的费用和进尺费用一样，减少透孔工程量节省产值382.8万元；有效进尺越多，
对下一步注浆治理效果越好；在同一孔段重复透孔，破坏了该段地层的稳定性，
容易发生埋钻事故。
减少低效透孔能够有效降低埋钻事故的安全风险；对治理区
域条件没有要求，可根据施工条件灵活布设，治理区域越复杂，布设效果越明显；该成果可在布设灰岩水害地面区域探查钻孔、煤层气开发钻孔等多分支水平定向
钻孔群方面推广应用，在推动地面钻孔优化设计上有重要意义。
5 结束语
淮南矿区A组煤受底板灰岩水害威胁，为实现的工作面安全回采，在采掘区
域地面施工定向分支水平钻孔群进行探查治理。
以往采用“羽状”形布设，治理
范围小，治理盲区需补充治理，故分支孔多，有效进尺少，透孔量相对较多，只
适用于治理区域简单，施工条件较好的区域施工。
优化后结合治理区域采用“笆
斗状”和“羽状”灵活搭配布设，能大面积覆盖治理区域，减少多余的分支孔数量，增加有效进尺，减少透孔工程量。
该成果可根据治理区域不同特点灵活布设，可应用于灰岩水害地面区域探查钻孔、煤层气开发钻孔等同类型多分支水平定向
钻孔群的布设，有重要的参考价值。
参考文献：
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1。