煤矿滑动构造条件下构造探查技术探讨

煤矿滑动构造条件下构造探查技术探讨
摘要：本文在分析矿井地质条件的基础上，通过钻探验证小沟断层是否存在的实例，探讨煤矿滑动构造条件下构造探查技术，为钻探验证构造方面的技术提供参考。

关键词：构造探查；滑动构造
在郑州矿区，受滑动构造的影响，地质条件较为复杂，地层原生结构已遭到不同程度的破坏，给开采煤时的顶板管理和矿井防治水害带来了一定的困难。

本文在分析矿井地质条件的基础上，通过钻探验证小沟断层是否存在的实例，探讨煤矿滑动构造条件下构造探查技术，为钻探验证构造方面的技术提供参考。

1 工程概况
郑州矿区内的老君堂煤矿位于登封市大冶镇，为郑煤集团收购兼并的原登封市大冶镇沁水老君堂煤矿。

设计开采二叠系山西组煤层。

本次探查的小沟断层位于井田的西部边界，是西升东降的正断层，在沁水东庄～里湾坡一线，延展长度不详。

断层走向NW，倾向NE，倾角约70°，断距20～140m，断距由浅至深逐渐增大。

区内无工程控制，摆动性大。

2 水文地质概况
郑州矿区内的老君堂煤矿煤层顶板受芦F1滑动构造影
响，井田内整体地层形态呈现为单一向斜的一侧，煤层顶板山西组地层多被滑动构造铲失，大多为二叠系土门组、三叠系圈门组地层，砂岩所占比例较高，单层厚度较大，在50～100m左右，煤层上部地层多反倾伏于煤层之上，三叠系地层广泛出露，地表水补给面积大，动、静储量都非常大，煤系地层上部砂岩含水层富水性较强，是矿井顶板涌水量的主要来源。

3 施工工艺
（1）施工用设备及钻孔布设
由于施工钻孔深度在100m～150m之间，本工程采用的钻探设备为ZY2300全液压钻机，取芯钻杆长0.76米，岩心管长1.5米，泥浆泵1台及相关配套设备若干。

钻杆为Φ63mm 钻杆，钻头为复合片取芯钻头，适合硬岩层钻进。

本次探小沟断层共施工两个回次，第一回次布置了一个顶板钻场。

钻场在顶板砂岩中施工，钻场底板距煤顶板3米。

第一回次探小沟断层工程共设计施工了4个钻孔，其中：垂直断层走向布置了3个钻孔，倾角分别为20°、10°、3.5°。

与断层呈75°夹角施工了一个钻孔。

第一回次施工的四个钻孔为取芯钻孔（前40米为无芯钻进）；第二回次探小沟断层工程共设计施工了3个钻孔，其中：垂直断层走向布置了1个钻孔，倾角分别为17°。

与断层分别呈25°和61°夹角施工了一个钻孔。

第二回次施工的3个钻孔为取芯钻孔（前
50米为无芯钻进）。

（2）布孔原则：垂直断层走向布置一组不同倾角的钻孔，有利于判断断层的落差。

与断层呈不同夹角布置取芯钻孔有利于小范围内控制断层的走向。

每个钻孔深部取芯，有利于判断钻孔的施工层位和断层断距。

（3）钻孔结构
一级孔径Ф113mm，深18m左右，下入Ф108mm套管，套管长度不少于15米，管外用水泥全封闭，封闭后进行耐压试验，耐压试验压力不低于4.0MPa。

持续时间不少于30分钟。

终孔孔径均不小于Ф75mm。

此外，该断层落差较大，为了防止注浆过程中出现跑浆现象，钻孔预留下入二级套管。

4 施工过程
（1）钻孔施工
由于本区煤层顶板受芦F1滑动构造影响，原生结构已遭到不同程度的破坏，煤层直接顶岩石破碎，节理、裂隙发育，稍触即碎，易于冒落，难以管理，给钻探施工带来了一定的困难。

断层附近的水压约1.1MPa，水压相对较大，因此要求套管必须按要求下到位。

第一回次施工时，套管正常下入后，前40米是原小沟断层留设的保护煤柱，因此没有取芯。

40米以后开始取芯。

在施工第二回次时，由于第一回次取芯范围和第二回次前50
米取芯段重合，因此第二回次前50米没有取芯。

由于我们的钻机性能有限，没有办法采取内循环的方法进行取芯，只能进行外循环取芯，泥浆液为清水，因此这就降低了取芯率。

为尽可能的提高取芯率，我们采取小水压循环，大钻压快速钻进的方法，并尽可能把钻孔设置为正坡度，以提高取芯率。

通过一系列努力，本次取芯钻孔的取芯率都达到了60%以上，为准确判断岩性提供了依据。

（2）注浆施工
本次注浆系统由地面简易制浆系统和井下注浆系统组成。

两趟系统都能按技术要求配制一定比重的单液水泥浆。

注浆前对注浆管路进行耐压试验，试验压力不低于10MPa，持续时间不低于30分钟。

本次钻探验证注浆以单液浆为主，主要由水泥和水配制形成。

采用了425#普通硅酸盐水泥。

注浆参数的选择视单孔涌水量、岩溶发育程度以及施工现场情况具体确定，一般情况下水灰比为0.8：1至0.6：1，即比重1.5～1.7，特殊条件下添加了骨料进行注浆。

5 工程评价及结论
本次探查小沟断层工程共施工钻孔4个，打钻进尺
663m，取岩芯段316米。

注水泥49吨。

通过本次对小沟断层的探查，不仅查明了在井田边界西部边界外30米范围内不存在断层，解放了井田西部约24.7万吨煤炭资源。

而且总结出了一套断层注浆加固方法。

钻研
摸索出了一套适合滑动构造地质条件的快速钻进的技术方法，为矿井今后的防治水提供了有力的技术保障。

参考文献：
[1]李万成.河南芦店滑动构造研究[R].徐州：郑州.河南煤田地质，1985.
[2]裴放.河南省华北型石炭纪-二叠纪和牙形石生物地层[J].地层学杂志，2004（04）.。