随着钻探技术的进步，长距离、高精度定向钻机在多处煤矿探索、实验，效果显现。煤矿防治水工作理念与时俱进，在2018年的《煤矿防治水细则》中，提出防治水工作由过程治理向源头预防、局部治理向区域治理、井下治理向井上下结合治理、措施防范向工程治理、治水为主向治保结合的转变，强化源头预防、超前治理，落实区域治理。淮南矿区煤层开采深度大、承受奥灰水压高、地质构造及水文地质条件复杂，某矿为落实水害防治超前治理、区域治理理念，实现西四采区5煤和下伏1煤层优质煤炭资源安全开采，实施矿井西四采区底板灰岩水地面超前区域探查治理工程。根据矿井所处地质单元的特殊情况，探查治理目的层位选择太原组12灰，可满足探查治理安全可靠、技术可行、经济合理的要求。钻孔间距在满足规程规定的前提下，综合当前实际情况，确定分支钻孔间距正常情况下取60m，遇构造带、异常区等加密布置。布置1个钻场，3个主孔，55个分支钻孔，顺层分支钻孔布置采用鱼刺状布孔方式，实现对该区域探查治理。预计项目总工期26个月，总钻探工程量为4.8万m。
一、项目背景
（一）矿井概况
某矿位于淮南煤田西部，隶属安徽省阜阳市，设计生产能力5.0Mt/a，服务年限53年。矿井2014年投产，走向或倾向长壁采煤法，采用综合机械化一次采全高。矿井可采煤层10层，主要开采煤层5层，地层倾角一般5～20°。井田以断层为界划分为两个开采块段，其中西四采区首采5煤层，平均煤厚6.5m，首采工作面已回采520m，接替工作面正在掘进。
（二）地质及水文地质条件
矿井地层自上而下分别为第四系、新近系、三叠系、二叠系、石炭系、奥陶系和寒武系，二叠系的山西组与上、下石盒子组为矿井主要含煤地层，其中：5、1煤均厚分别为6.56、5.94m（西四采区），5煤距离1煤层平均间距105m，1煤距离下伏太原组、奥陶系地层分别15m、120m。
矿井主要含水地层自上而下分别为新生界松散含水层（组），二叠系砂岩裂隙含水层、石炭系太原组灰岩含水层、奥陶系灰岩含水层。井田存在多个三维地震反射波异常区
西四采区水文地质条件复杂，下部奥灰强富水性，q值达1.748L/（s•m），大（中）型断层发育，落差大于100m断层 6条，存在2个三维地震反射波异常区，钻进过程中发生多次掉钻，最大掉钻深度4.8m。隐伏垂向导水构造是煤层开采重要隐蔽致灾因素。1煤距太灰间距仅15m，底板承受10MPa以上的高压灰岩水威胁。5煤底板（1煤顶板）砂岩层相对富水，最大水压达8 Mpa，砂岩层可能接受深部灰岩水间接补给，因此5煤开采同样受底板灰岩承压水威胁。
二、项目的必要性及可行性
（一）必要性
1.水文地质条件复杂，5煤及下部1煤开采安全威胁大。一是采区下部灰岩富水性强、水压高。二是采区内大（中）型断层发育。三是井田发育有陷落柱，采区存在2个三维地震反射波异常区。四是5煤底板（1煤顶板）砂岩层相对富水，并可能接受深部灰岩水补给，下一步1煤层开采安全风险更高。
2.井下探查治理安全、效果难以保障。一是与高压水短兵相接，止水套管下置困难，固管质量难以保障，探放水作业技术管理难度大、安全风险高。二是井下钻孔探查达不到有效排查垂向导水构造的要求，探查深度、精度也难以满足高承压水安全开采要求。三是井下难以做到高压劈裂注浆和大泵量连续注浆，治理效果不佳。
3.井下探查制约矿井接续和高效开采。一是矿井“一井一面”生产，西四采区5煤为矿井未来5年主采煤层，当前5煤每轮探放水造成巷道停头2周，且回采按煤监部门要求存在不确定性，对矿井接续影响大。二是井下探查难以实现超前，存在遇隐伏垂向导水构造突水造成矿井接续脱节的可能。三是1煤探查需施工专门底板岩巷，且制约煤巷掘进，无法保障高效开采。四是实施区域探查治理，可提前解放1煤优质资源，提升矿井接续潜能和经济效益。
4.行业及地方政策要求。一是《煤矿防治水细则》要求推进水害源头、区域、井上下结合治理。二是《安徽省煤矿防治水和水资源化利用管理办法》规定开采受底板灰岩水威胁的煤层，必须坚持奥灰水与太灰水防治并重、区域超前探查治理的原则。三是安徽煤矿安全监察局要求淮南矿区开采1煤层必须区域探查治理。
（二）可行性
一是地面区域探查治理可有效探查识别、治理隐伏垂向导水构造，治理后可形成有效关键隔水层，探查治理深度能够满足带压开采突水系数要求，可以保障5、1煤层安全高效开采。
二是地面水平定向井技术及配套工艺成熟可靠，水平定向孔已近3000m；地面预注浆技术及注浆装备成熟可靠，注浆泵压达50MPa、泵量达2000L/min。
三是太原组12灰可作为有效目的层。一方面C312灰赋存稳定，均厚8.52m，易于跟层钻进，其特有的富含蜓科化石及γ值特征易于判层，且该层灰岩可注性相对较好。另一方面其底板发育稳定的铝质泥岩，可保证浆液在太灰中有效扩散，且避免浆液大量进入奥灰、不经济。
三、方案设计主要内容
针对西四采区当前5煤层开采存在的水害风险及下部1煤层开采必须实施区域探查治理，按照5煤层和下伏1煤层开采水害协同治理的思路，确定实施西四采区底板灰岩水地面超前区域探查治理，一方面消除当前5煤开采水害风险，大大减少其防治水工程量，实现安全高效开采；另一方面提前解放1煤优质资源，提升矿井接续潜能和经济效益。通过区域探查治理，从根本上消除采区水害隐患，保障矿井安全、高效开采。
（一）探查治理范围
按照5煤与下伏1煤层水害协同治理的要求，东西两侧适当外延，经计算，各煤层平面治理范围为开采边界外扩60m。实现对下伏1煤层工作面的覆盖，总探查治理面积为2.5Km2。
（二）目的层位选择
探查治理目的层位选择太原组12灰，可满足探查治理安全可靠、技术可行、经济合理的要求。
一是C312灰治理后可形成有效关键隔水层，煤层底板相对隔水层厚度满足突水系数不大于0.1MPa/m的要求。二是C312灰赋存稳定且层厚较大，便于顺层钻进和判层。三是C312灰可注性相对较好，底板发育稳定的铝质泥岩，一方面保证浆液在太灰中有效扩散，另一方面避免浆液大量进入奥灰、不经济。
（三）孔间距选取
在满足规程规定的前提下，综合当前实际情况，确定分支钻孔间距正常情况下取60m，遇构造带、异常区等加密布置。
（四）钻孔布置方案
布置1个钻场，3个主孔，55个分支钻孔，顺层分支钻孔布置采用鱼刺状布孔方式，实现对该区域探查治理。
（三）项目工期预计
预计项目总工期26个月。其中：一期工程安排2台钻机同步进场施工，预计总钻探工程量为1.5万m，工期9个月；二期工程2台钻机同步施工,预计总钻探工程量为3.3万m，工期17个月。
（四）效益分析
经探查治理后， 1、5煤层预计共解放煤炭资源2200万t，总投入为9500万元，吨煤投入为4.18元。
按原井下钻探探查工艺，吨煤成本9.16元。
经济效益明显。
四、技术要点
1、目标层位选择。以C312灰为探查治理目标层确定的地面超前区域探查治理技术方案可行。
2、钻孔、注浆参数选择。分支钻孔注浆压力、注浆材料、钻孔距离（60m）等关键参数的合理选择。
煤矿防治水区域治理，目标层位选择、注浆工艺极为重要，直接决定治理效果。在区域治理工作中，要高度重视。
参考文献：《煤矿防治水细则》，国家煤矿安全监察局，2018年版。
