【摘要】：高家堡煤礦煤系地層中普遍賦存一層巨厚、富水的洛河組含水層,是井下涌(突)水主要水源。該礦一盤區(qū)在實(shí)施限高開(kāi)采與超前探放水條件下,采空區(qū)涌水量仍達(dá)到800m~3/h左右。為了最大限度降低井下涌水量、減輕水害威脅,礦井開(kāi)展了利用地面水平定向鉆孔注漿封堵覆巖導(dǎo)水裂隙的堵水工程試驗(yàn)。由于采動(dòng)裂隙在不同巖層層位會(huì)呈現(xiàn)不同的發(fā)育特征,而水平定向鉆孔施工層位的不同將造成注漿材料在不同層位不同裂隙通道中的滯留特征,從而影響最終的堵水效果;因此研究確定水平定向鉆孔的合理層位對(duì)于提高注漿堵水效果尤為重要。綜合采用模擬實(shí)驗(yàn)、理論分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等手段,對(duì)高家堡煤礦一盤區(qū)導(dǎo)水裂隙帶分布、不同層位定向鉆孔揭露的裂隙發(fā)育特征及其導(dǎo)漿表征以及最優(yōu)注漿層位選擇等問(wèn)題開(kāi)展了研究。利用基于關(guān)鍵層位置的“導(dǎo)高”判別方法以及數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn),對(duì)一盤區(qū)工作面不同開(kāi)采條件下覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度進(jìn)行研究,得到了一盤區(qū)導(dǎo)水裂隙帶空間分布特征。由于不同區(qū)域?qū)严栋l(fā)育存在明顯差異,導(dǎo)致同一水平定向鉆孔鉆進(jìn)會(huì)揭露不同發(fā)育特征的采動(dòng)裂隙,從而引起不同的導(dǎo)漿特征和封堵特性。據(jù)此利用物理模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)不同層位鉆孔揭露的裂隙發(fā)育及其漿液導(dǎo)流特征進(jìn)行了研究,得到了鉆孔在不同層位由采區(qū)外側(cè)向內(nèi)鉆進(jìn)過(guò)程中揭露采動(dòng)裂隙的3種典型類型:第一,鉆孔鉆進(jìn)首先揭露超前支承壓力引起的壓剪裂隙,因其開(kāi)度小、溝通性較差,故易于封堵;其次揭露巖層破斷回轉(zhuǎn)引起的V型上端張拉裂隙,裂隙開(kāi)度大、且注漿漿液極易沿裂隙平面延展方向擴(kuò)散,難以封堵;再次揭露巖層破斷回轉(zhuǎn)引起的倒V型下端張拉裂隙,因其易與下部離層裂隙溝通,漿液需達(dá)到其在離層中的平面擴(kuò)散半徑才能實(shí)現(xiàn)封堵;最后揭露中部壓實(shí)區(qū)開(kāi)度較小的閉合裂隙。第二,在第一種類型基礎(chǔ)上,鉆孔揭露上端張拉裂隙后還可能出現(xiàn)因穿層而揭露其與上部鄰近巖層間的離層裂隙,注漿漿液封堵此類離層裂隙時(shí),需使得注漿漿液達(dá)到其擴(kuò)散半徑才能實(shí)現(xiàn)順利鉆進(jìn)。第三,在導(dǎo)水裂隙帶以上區(qū)域穿層鉆進(jìn)揭露離層裂隙,此區(qū)域離層裂隙相對(duì)封閉空間量較小,因此在此軌跡下離層裂隙注漿相對(duì)容易封堵。綜合考慮采動(dòng)裂隙對(duì)注漿材料的滯留能力、注漿封堵的有效性、鉆進(jìn)施工的可靠性等3方面原則提出了水平定向鉆孔注漿堵水的最優(yōu)層位確定方法。即所選層位應(yīng)利于堵水材料在裂隙通道中滯留而不至于跑漿,對(duì)應(yīng)層位鉆孔鉆進(jìn)應(yīng)能揭露導(dǎo)水的主要裂隙通道,且鉆進(jìn)巖層巖性應(yīng)能保持鉆孔壁圍巖穩(wěn)定。據(jù)此對(duì)高家堡煤礦水平定向鉆孔注漿堵水的最優(yōu)鉆進(jìn)層位進(jìn)行了確定,為堵水工程實(shí)施提供了參考和借鑒。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD745.2
【圖文】：

技術(shù)路線圖

圖 2-1 高家堡煤礦位置示意圖Figure 2-1 Location sketch map of GaoJiabao Coal Mine3）氣象區(qū)地處中緯帶高原區(qū)，屬暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬長(zhǎng)而冷，夏短而涼5 月份為西北季風(fēng)期，最大風(fēng)速 12.7m/s。據(jù)長(zhǎng)武氣象站資料，本區(qū)極端最高℃（1966 年 6 月 19 日），極端最低氣溫-24.9℃（1975 年 13 日），年平均氣年均最高氣溫 14.9℃，年均最低氣溫 4.1℃，一月平均氣溫-5.1℃（氣溫最低月平均氣溫 22.4℃（氣溫最高月份）。霜期一般為 10 月中旬至來(lái)年 4 月下旬開(kāi)始于 10 月，解凍期為來(lái)年 3 月，個(gè)別年份延長(zhǎng)至 4 月。年均凍土層厚度 0.35最大厚度 0.68m。全區(qū)年平均降水量 587.8mm，一般雨熱同季，年蒸發(fā)量m。盤區(qū)地質(zhì)開(kāi)采條件（Geological Mining Conditions in First Pan 一盤區(qū)水文地質(zhì)特征

圖 2-2 4 煤與各含隔水層位置關(guān)系示意圖chematic diagram of the relationship between the fourth coal seam and water-resistin水層的煤層底板為侏羅系下統(tǒng)富縣組隔水層組（ⅩⅡ），一般厚度 10～25m為三疊系上統(tǒng)胡家村組砂巖裂隙含水層，為一弱含水層。水裂隙帶數(shù)據(jù)，103 工作面的直接充水含水層為侏羅系中統(tǒng)延安組系中統(tǒng)直羅組含水層（Ⅹ）、白堊系下統(tǒng)宜君組礫巖裂隙含水層段（洛河組下段孔隙～裂隙承壓含水層。白堊系下統(tǒng)洛河組上段孔隙～裂定的條件下也有可能成為直接充水含水層。中統(tǒng)延安組煤層及其頂板砂巖承壓含水層（ⅩⅠ）地質(zhì)資料，首采區(qū)鉆孔揭露厚度為 0～82.78m，平均 39.58m。單位.0187L/(s·m)，滲透系數(shù) 0.00271～0.03168m/d，為弱富水性。中統(tǒng)直羅組砂巖裂隙承壓含水層（Ⅹ）質(zhì)資料顯示，該含水層鉆孔出水率 12.5%，最大水量 5.4m3/h，該含透系數(shù) 0.0069m/d。平均出水量 3.9m3/h，為弱富水性含水層。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2795736