华北型煤田底板灰岩含水层超前区域治理模式与选择准则

董书宁 ，郭小铭，刘其声，王 皓，南生辉，郑士田，王宇航

(1.煤炭科学研究总院，北京 100013；2.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077；3.陕西省煤矿水害防治重点实验室，陕西 西安 710077)

我国华北型煤田主采石炭-二叠纪煤层，开采过程中普遍受到底板灰岩含水层水害威胁，水害事故时有发生，底板注浆加固一直是煤层带压开采的主要工程技术手段[1]。20 世纪50 年代，随着煤层底板含水层突水系数及水害危险性评价指标的提出，我国石炭-二叠纪主要产煤区开始了针对断裂构造的注浆技术研究。肥城矿区、焦作矿区利用井下巷道施工注浆钻孔，实现断裂构造注浆加固与工作面底板全面(部分)改造[2]。随着注浆技术与工艺发展，许多学者对注浆材料、改造工艺等进行专项研究，并研究了注浆浆液运移规律。邯邢矿区在我国首先引入地面径向射流技术与压裂注浆工艺对底板含水层进行改造，实现未采掘区域底板含水层水害的超前治理；赵固一矿率先采用井下定向钻进技术结合压裂注浆工艺，实现了注浆长钻孔施工与顺层钻孔注浆，开创了国内采用定向长钻孔进行超前区域治理的工程先例；之后，利用顺层定向钻孔进行超前区域治理的理念在邯邢矿区、淮北矿区煤层底板水害治理中大面积推广应用，迅速发展并应用于底板断层、陷落柱等导水构造治理，形成了集超前区域探查与面状区域治理于一体的超前区域治理技术。2018 年《煤矿防治水细则》修编过程中，该技术作为近年来形成的水害治理新技术推广应用[3]，得到了较快发展。目前，国内外学者与工程技术人员针对特定条件开展了超前区域治理工程实施与研究，但是针对施工条件选择、各施工方案的优缺点对比等方面的系统研究成果较少，使得施工方案制定多为经验指导，缺乏系统的理论支撑。其技术体系尚不健全，制约了该项技术在全国水害威胁矿区的推广。

通过分析总结我国华北石炭-二叠纪煤田煤层底板主要充水因素与地层结构，分析影响超前区域治理工程实施的施工条件、钻进技术与层位选取指标，对各因素优化组合，形成系统的超前区域治理模式。进一步根据钻孔布设方式、注浆材料，建立各模式的亚类并结合工程实践进行论证，以期为我国煤层底板水害治理工程方案选取提供指导。

1 煤层底板充水因素与地层结构

我国华北型煤田普遍缺失上奥陶统、志留系、泥盆系及下石炭统，石炭-二叠纪地层直接覆盖在中奥陶统巨厚灰岩之上。煤层底板主要地层包括太原组灰岩、泥岩互层，本溪组铝土质泥岩，奥陶系峰峰组、马家沟组灰岩地层(图1)。

图1 我国华北型煤田典型地层结构柱状Fig.1 Typical stratigraphic column in North China type coal field

1.1 煤层底板充水因素

根据华北型煤田地层结构，煤层回采后产生底板扰动破坏带，在隔水层较薄时裂隙带易直接导通底板含水层；同时，潜在的断层、陷落柱等垂向导水构造，易直接(或间接)导通底板太原组薄层灰岩、奥陶系厚层灰岩含水层，造成底板突水事故[4](图2)。

图2 煤层底板灰岩含水层充水结构Fig.2 Water-filling structure of the bottom limestone aquifer in North China type coalfield

由此可知，华北型煤田煤层开采过程中，底板突水威胁主要来自奥陶系灰岩(以下简称奥灰)含水层和太原组灰岩(以下简称太灰)含水层，需增加底板隔水层厚度或治理导水通道，达到底板水害治理的目的。

超前区域治理需在稳定硬岩中施工钻孔并进行注浆改造，常选择底板太原组灰岩，部分条件下需选择奥陶系灰岩。对华北型煤田2 组灰岩地层展布规律进行分析，有助于把握不同地区底板含水层充水威胁程度，并为超前区域治理模式划分提供依据。

1.2 奥陶纪地层平面展布与垂向分带特征

华北型煤田奥陶系中下统发育较全，而中统上部和上统在大部分地区缺失。奥陶系总厚度约300～1 600 m(不包括平凉组、背锅山组)，为一套稳定的碳酸盐岩建造。华北型煤田奥陶纪地层总厚度变化规律如图3 所示。

图3 华北型煤田奥陶系厚度等值线Fig.3 Thickness contours of Ordovician in North China type coalfield

由此可知，在整个华北型煤田区，奥陶系灰岩地层全区发育且厚度大，是超前区域治理主要可选地层。

中奥陶纪以后，受加里东运动影响，华北地块上升成为陆地，中奥陶统灰岩裸露地表并遭受风化剥蚀与溶蚀，形成古岩溶和裂隙并同时被红色含钙质土层充填[5]，最终使得奥灰顶部形成具有一定隔水性能的风化充填带[6]。

在对河北邢台、陕西韩城等矿区奥灰富水性探查的基础上，结合奥灰岩溶发育特征，概括出奥灰顶部岩溶垂向“三带”特征：奥灰顶部自上而下可划分为风化充填阻水带、垂向导升侵水带及岩溶裂隙富水带，各矿区分带厚度均不相同。其中，风化充填阻水带在完整条件下可作为隔水层进行利用，垂向导升侵水带富水性相对较弱，是主要的注浆改造层位。在此基础上，董书宁等[7]提出突水系数和构造发育情况是奥灰顶部改造层位选择的标准，并建立了奥灰顶部利用与改造判别准则。厚层奥陶系灰岩地层上部是超前区域治理的主要层位之一。

1.3 太原组灰岩分布特征

华北型煤田晚古生代石炭-二叠纪地层广泛发育，自中石炭世形成广阔的聚煤坳陷，形成上石炭统-下二叠统太原组、下二叠统山西组和下石盒子组3 个主要含煤地层[8]。尤其是太原组和山西组煤层开采过程中，距离底板含水层较近，水害威胁严重。

太原组岩相除局部为陆相外，其余为海陆交互相沉积，岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩、灰岩、煤层和少量砾岩。定向钻进施工与注浆改造层位需具备可成孔和浆液能扩散的特点，对于太原组地层改造需在脆性灰岩和砂岩地层中。煤层底板地层结构分析表明(图1)，山西组和太原组下组煤底板脆性岩以薄层灰岩为主，在华北煤田由西北向东南层数由2～3 层增加到14 层以上，总厚度也由5 m 增加到60 m 以上[9]。

我国不同矿区煤层底板灰岩层数、厚度均有一定差异，需综合考虑矿区水文地质条件、煤层底板灰岩层数与位置等，合理选取改造层位，采用科学注浆工艺开展煤层底板超前区域治理。因此，太原组薄层灰岩也是超前区域治理主要改造层位。

2 超前区域治理模式划分

煤层底板水害超前区域治理是通过施工钻孔对含水层水文地质条件进行超前探查，采用注浆设备将可凝浆液通过钻孔注入目标地层，加固隔水层薄弱区或改造含水层成为隔水地层，最终实现煤层带压开采的一种底板水害防治技术[10]。我国多数矿区开展了煤层底板水害超前区域治理工程，并取得一定成果，现阶段已经形成了地面[11]、井下施工[12]，定向钻进为主，常规钻进结合径向射流的钻进方式[13]，针对薄层太原组灰岩和厚层奥陶系灰岩的含水层治理模式。

根据国内治理工程与相关研究，总结提出煤层底板灰岩含水层超前区域治理模式，综合考虑治理区施工条件、治理层位和钻进方式，构建技术可靠、经济合理的治理体系。结合钻孔布设方法、注浆材料等工程设计指标，详细划分出超前区域治理模式的亚类。

2.1 分类指标

超前区域治理工程是煤层底板水害防治的系统工程，包含水文地质条件分析、探查和注浆改造。根据水文地质条件分析结果对水害现状进行评价，结合煤层底板岩层结构、突水系数、水压和埋深等水文地质参数与煤层赋存条件，最终确定超前区域治理工程施工模式。其模式的制定有3 个指标：施工位置、层位选择和钻进方式。

a.施工位置 注浆工程受拟施工区条件影响较大，首先要制定治理方案。一般而言，施工位置可选取地面钻孔施工结合地面浆液配置、井下钻孔施工结合地面浆液配置、井下钻孔施工结合井下浆液配置3 种方案。由于井下制浆能力低，大规模超前区域治理一般不采用该制浆方案，均为地面制浆。

施工位置的确定主要以钻孔施工位置为标准，分为地面钻进和井下钻进2 种方案，根据地面和井下条件确定。地面条件包括施工场地地形、水电条件、交通状况、环保要求、浆液运输、民事协调、采空区分布、钻探技术、地质条件等，任何一个条件受限时均认为无地面施工条件。井下条件主要为采掘工程布设情况和施工安全，需考虑是否已有井巷系统或可新增井巷系统进行钻探工程施工，同时需考虑含水层水压满足井下安全钻进需求。

b.层位选择 超前区域治理层位选择是钻探与注浆工程施工的先决条件。我国华北型石炭-二叠纪煤层底板以太原组薄层灰岩、泥岩、砂岩互层结构为主，基底为巨厚奥陶系或寒武系灰岩。多数区域奥陶系灰岩顶部存在风化充填带，具备一定的隔水性能。由于泥岩地层钻孔施工难度高，浆液扩散性能差，超前区域治理钻孔施工层位需选择合适位置的薄层灰岩或厚层奥陶系灰岩顶部相对隔水段，利用钻孔注浆实现地层改造。因此，超前区域治理工程改造层位包含薄层灰岩和厚层灰岩2 种选择方案。

薄层灰岩顶底板均为泥岩隔水地层，注浆时属于全封闭顶底有界结构，浆液在顶底界内顺层扩散，注浆效果好，是优先选择层位[14]。但是，对于煤层底板到奥灰间距较小的矿井，改造薄层灰岩难以满足防治水的要求，需选择奥灰顶部相对隔水的风化充填带、垂向导升侵水带层位进行改造[15]。其具体层位选择方法可参考图4。

图4 注浆改造层位选择准则Fig.4 Horizon selection criteria for grouting transformation

c.钻进方式 超前区域治理过程中有定向钻进和径向射流2 种钻进方式[16]。钻进方式是钻孔布设的前提，直接影响钻孔探查、注浆改造的全面性。定向钻孔可沿顺层方向钻进并侧向开分支，进行面状探查与底板水害治理。部分煤层埋深较浅、构造发育地区，定向钻孔难以造斜，轨迹设计困难，可通过地面常规钻孔中径向射流工艺实现区域治理。

2.2 模式分类

根据确定的模式分类指标，结合现场钻探工程和注浆工程施工情况，对各可利用指标进行组合，如图5 所示。

图5 超前区域治理模式分类指标组合Fig.5 Combination of classification factors for zonal preact grouting model

由图5 可知，超前区域治理工程分类过程中，优先考虑施工位置和改造层位选择，并由此确定钻进方式。地面施工可进行定向钻进和径向射流，井下施工仅可开展定向钻进；针对厚层灰岩可利用定向钻进和径向射流改造方式，薄层灰岩中仅可进行定向钻进。

采用交叉分类原则对各指标进行交叉组合分类，仅在3 个指标可连接形成闭合环路模式时才能成立，最终提炼形成5 种超前区域治理模式(表1)。

针对煤层底板灰岩含水层水害，主要采用地面、井下定向钻进改造薄层、厚层灰岩含水层。同时，在部分区域选取地面厚层灰岩并采取径向射流技术开展含水层改造。对于华北型煤田而言，最主流的改造模式为 M1、M3，同时在部分地面条件较差区域采用M2 和M4 模式，埋深浅处采用M5 模式。

2.3 选择准则

不同模式有其特定的适用条件，在工程开展前需充分考虑地面施工条件、煤层埋深、煤层底板承受水压，综合确定施工位置和钻进方式；结合煤层与奥灰含水层之间薄层灰岩、突水系数(初始值和改造后值)确定改造层位，从而综合确定超前区域治理模式。

表1 超前区域治理模式Table 1 Model of zonal preact grouting

2.3.1 模式选择核心参数

根据工程施工条件的便利性，地面施工条件一般优于井下条件，但是需根据经济性、技术可行性进行综合确定，核心参数为煤层埋深、含水层水压。

定向注浆钻孔施工需通过曲率造斜使其形成顺层钻孔，且后续需反复起钻扫孔。通过对国内大量注浆钻孔统计分析，区域治理的钻孔全角变化率应控制在30°/hm 范围内，保障频繁起钻时钻具能够顺利进出。考虑煤层厚度和改造层与煤层距离，一般而言，具备地面定向钻孔施工条件的煤层埋深需大于240 m，才能确保定向钻孔顺利造斜和后续起、下钻顺利实施。

若煤层埋深过大，市场按进尺结算经济性较差，需优先考虑采用井下钻孔施工，以800 m 埋深为经济可行与否的分界线。但是，井下钻孔施工时面临含水层高水压致使孔口失控威胁，以国内先进的孔口防喷装置和钻具内逆止阀为保障，可抵抗6 MPa的含水层水压。因此，水压大于6 MPa 时井下施工存在较大的孔口失控风险。

2.3.2 判识指标选择标准

根据主要因素分析结果，确定超前区域治理各判识指标的选择标准：①地面有施工条件优先考虑地面施工；② 煤层埋深大于800 m 时优先考虑井下施工；③煤层底板所承受水压大于6 MPa 时必须选用地面施工；④ 煤层埋深小于240 m 时优先考虑径向射流；⑤ 煤层底板有薄层灰岩地层结构的优先考虑改造薄层灰岩，且薄层灰岩改造后需满足突水系数要求。依据该准则，建立煤层底板灰岩含水层超前区域探查改造模式流程，如图6 所示。

图6 超前区域治理模式选择流程Fig.6 Selection process of zonal preact grouting mode

3 超前区域治理模式亚类

钻孔布设和注浆材料是超前区域治理工程施工的核心设计参数，据此，将我国主要治理模式划分亚类，更加有利于指导煤层底板灰岩含水层超前区域治理工程施工。

3.1 布孔形状

首先施工定向超前钻孔，通过钻液漏失、岩屑录井、钻时录井、压水试验等判识地层中裂隙、岩溶、导水构造等发育情况，实现煤层底板含水层超前区域探查的目的。布孔形状决定了选用各治理模式施工过程中钻孔在治理区域内的覆盖方式，影响浆液运移规律和注浆改造效果，取决于钻进方式的选取。现钻井工艺试验结果表明，定向钻进过程中利用侧向分支孔，形成多种钻孔布设形状，根据最终钻孔分布形状，利用比拟命名方法，分为4 种布孔形态：扇骨状S1、鱼骨状S2、梳状S3、叉状S4；径向射流是依托常规回转钻进的直孔，在治理层位利用射流工艺梅花状S5 布设多个射流主孔。

a.扇骨状S1 在主孔同一深度位置不同方向侧向开分支，形成以主孔轴线为中心，两侧弧形布设分支孔，整体外形似扇骨形状。该布孔方式施工难度低、钻效高、周期短，钻注协同配合施工灵活，是一种高效的钻进方式。但是该布孔方式存在重复工程量大的缺点，施工费用较高。

b.鱼骨状S2 在主孔不同深度两侧交叉施工分支孔，形成以主孔为中心两侧不同位置斜交布设分支钻孔，整体外形似鱼骨形状。该布孔形状钻孔分布均匀，盲区少，重复工程量小，但施工难度较高，钻注协同配合不灵活。

c.梳状S3 在主孔不同深度向同一侧施工分支孔，形成以主孔为中心，单侧弧形分支钻孔布设形态，整体外形似梳子形状。该布孔形状钻孔间距均匀，覆盖全面，但是分支孔拐弯角度大，施工难度高。

d.叉状S4 在主孔同一深度向两侧施工分支孔平行延伸，形成以主孔为中心，双侧平行分支钻孔布设形态，整体外形似叉子形状。该布孔形状无重复工程量，孔间距均匀基本无盲区，但是施工难度大，且钻注协同配合难度高。

e.梅花状S5 采用径向射流造孔工艺，在常规直孔中侧向射流形成的钻孔部分形态，常规治理过程中形成3 个射流孔，也可根据需求有目标性地布设多个射流孔。

分析可知，厚层灰岩中定向钻孔垂直方向角度调整灵活，钻孔形态较为丰富，可施工S1—S4 的任意形态；薄层灰岩中垂直方向角度调整空间小，分支孔施工受角度影响，以施工难度低的扇骨状S1分布形态为主，配套采用S2—S4 形态钻孔。径向射流钻孔分布形态归为同一类型，在平面不同方向侧向开不同数量的射流分支注浆孔，一般在浅埋、边角区域补充使用。在同一区域治理工程中常采用多种布孔形态组合方式进行综合布孔。

3.2 注浆材料

根据钻孔超前探查获得的地层裂隙、孔隙和构造发育情况，灌注水泥浆或骨料进行改造[17]。常见的注浆材料(编号G)包含4 种：碎石骨料G1、河沙骨料G2、水泥-粉煤灰G3、纯水泥浆液G4。

a.碎石骨料G1 以粒径介于5～10 mm 的碎石子为主，常用于治理地层中大型裂隙、断层、溶洞和陷落柱等有较大空间的构造。

b.河沙骨料G2 根据粒径不同，可分为细沙(0.25～0.35 mm)、中沙(0.35～0.5 mm)和粗沙(粒径大于0.5 mm)，主要用于封堵大空间构造和小型裂隙、岩溶。

c.水泥-粉煤灰G3 利用地面制浆系统，按照一定水固比配备形成水泥-粉煤灰浆液，有助于提高结石体强度并调整浆液的凝结时间。

d.纯水泥浆液G4 水泥浆液是注浆最常用材料，是其他注浆材料的黏合剂。

超前区域治理中钻遇明显漏水、大型构造发育区段可利用碎石骨料或河沙骨料进行灌注，之后通过水泥浆液使其胶结。在常规注浆段通常利用水泥-粉煤灰浆液进行灌注，也可利用纯水泥浆液对中小裂隙进行注浆改造。

3.3 模式亚类划分

将本次划分得出的超前区域探查改造模式结合施工设计中钻孔形态、注浆材料分类，综合确定治理模式亚类(表2)。

由于钻孔形态主要依据采掘工程布设、工作面形态、构造发育情况等，本次亚类划分将可施工的钻孔形态均列出，在实际应用过程中可根据具体情况选取一种或多种进行组合，主要通过不同的注浆材料组合进行亚类划分。

亚类组合分析得出，C1L1D1 地面厚层灰岩定向钻孔改造模式共分出6 组亚类，C2L1D1 井下厚层灰岩定向钻孔改造模式划分2 组亚类，C1L2D1地面薄层灰岩定向钻孔改造模式划分6 组亚类，C2L2D1 井下薄层灰岩定向钻孔改造模式划分2 组亚类，C1L1D2 地面厚层灰岩径向射流改造模式划分2 个亚类，综合划分为18 组亚类，在现场实际应用中结合现场实际条件综合考虑。鉴于不同区域注浆材料就地取材的灵活性选择，部分矿区采用黄土-水泥浆浆液进行注浆，也可以作为局部区域的亚类补充。

表2 超前区域治理亚类模式Table 2 Subclass model of zonal preact grouting

4 超前区域治理工程实践

4.1 朱庄煤矿地面薄层灰岩定向钻孔改造模式C1L2D1

4.1.1 工程背景

朱庄煤矿位于安徽省淮北市，主采二叠系山西组6 号煤层，底板太灰和奥灰含水层有一定水力联系，煤层回采受到底板太原组薄层灰岩含水层直接充水和奥灰含水层间接充水威胁。本案例以矿井Ⅲ63 采区为例。该区为丘陵地貌，煤层埋深20～580 m，底板共发育12 层太原组薄层灰岩，平均厚度1.32～12.17 m，煤层底板与太灰间距如图7 所示，含水层水压为4～5 MPa，最大突水系数0.091 MPa/m。

图7 朱庄煤矿Ⅲ63 采区煤层底板地层结构Fig.7 Coal floor stratigraphic structure of mining districtⅢ63 in Zhuzhuang coal mine

4.1.2 治理模式选取

煤层底板发育多层太原组灰岩，可选择合适层位进行改造，并疏放改造层之上灰岩含水层水。选取合适的超前区域治理模式进行工程施工[18]。

a.钻进位置与钻进方式 采区及周边对应地表为丘陵地貌，地面钻孔施工基础条件好，具备钻孔施工条件，优先选取地面钻探方式。煤层埋深小于800 m，地面施工经济性较好，确定区域治理钻孔施工采用地面定向钻进方式。

b. 改造层位 煤层底板共有12 层薄层灰岩，从上到下依次计算改造上层灰岩后下层对煤层的突水系数T值为：改造第1 层，T2=0.077 MPa/m；改造第2 层，T3=0.067 MPa/m；改造第3 层：T4=0.057 MPa/m。由此可见，改造第3 层灰岩(三灰)后底板隔水层厚度满足带压开采的要求，即改造层位选择第3 层薄层灰岩。

综合分析，Ⅲ63 采区采用C1L2D1 地面薄层灰岩定向钻进改造模式进行煤层底板含水层超前区域治理，其治理模式选取方式如图8 所示。

4.1.3 工程布设与应用效果

采区工作面回采前，针对该区域的3 个工作面布设5 个孔组，施工分支孔27 个。采用扇骨状布孔方式，注浆材料为水泥-粉煤灰浆液，即治理模式亚类为C1L2D1—(S1/S3/S4)(G2/G4)，具体钻孔布设如图9 所示。

图8 Ⅲ63 采区超前区域治理模式选取Fig.8 Selection process of zonal preact grouting mode of mining districtⅢ63 in Zhuzhuang coal mine

图9 朱庄煤矿Ⅲ63 采区超前区域治理钻孔布设Fig.9 Layout of boreholes for zonal preact grouting in mining districtⅢ63 in Zhuzhuang coal mine

研究区Ⅱ63 工作面回采揭露表明，采用地面超前区域治理方式有效探查并治理了煤层底板含水层的富水区，保障了工作面安全。

4.2 桑树坪煤矿井下厚层灰岩定向钻孔改造模式C2L1D1

4.2.1 工程背景

桑树坪煤矿位于陕西省渭南市，属山峁沟谷地貌，主采二叠系山西组3 号煤和石炭-二叠系太原组11 号煤，其中11 号煤距底板奥陶系灰岩含水层近，受奥灰水害威胁极为严重(图10)。以3105 工作面为例，开采11 号煤，煤层埋深400～530 m，煤层底板与奥灰含水层间距16.5～21.5 m，煤层底板承受最大水压1.23 MPa，最大突水系数0.072 MPa/m。工作面实测底板破坏深度14.8 m，最小有效隔水层厚度仅有1.7 m。工作面回采面临极为严重的底板奥灰含水层突水威胁。

图10 桑树坪煤矿3105 工作面煤层底板地层结构Fig.10 Stratigraphic structure of coal face 3105 in Sangshuping coal mine

4.2.2 治理模式选取

该工作面底板无太原组薄层灰岩，选取奥陶系灰岩含水层顶部层位及合适的超前区域治理模式进行工程施工[19]。

a.钻进位置与钻进方式 工作面及周边对应地表为山峁沟谷地貌，沟壑纵横，钻机进场施工难度高，且民事协调难度大，青苗赔偿费用高。因此，该工作面区域治理不具备地面施工条件；煤层底板所承受奥灰含水层最大水压为1.23 MPa，小于井下钻孔安全施工6 MPa 的要求，确定区域治理钻孔施工采用井下定向钻进方式。

b.改造层位 煤层底板无太原组薄层灰岩，改造层位选择奥陶系灰岩顶部峰峰组风化充填带。

综合分析，3105 工作面采用C2L1D1 井下厚层灰岩定向钻孔改造模式进行煤层底板含水层超前区域治理，其治理模式如图11 所示。

4.2.3 工程布设与应用效果

工作面回采前在井下巷道施工钻场，沿工作面走向布设定向钻孔14 个，钻孔平面投影间距约40 m，垂直深度位于奥陶系灰岩顶面以下15～20 m，对于揭露的奥灰含水层出水位置采用下行式注浆方式(图12)。

图11 3105 工作面超前区域治理模式选取Fig.11 Selection process of zonal preact grouting mode of coal face 3105 in Sangshuping coal mine

图12 桑树坪煤矿3105 工作面超前区域治理钻孔布设Fig.12 Layout of boreholes for zonal preact grouting in coal face 3105 in Sangshuping coal mine

研究区3105 工作面回采揭露表明，采用井下超前区域治理模式有效探查并改造了煤层底板含水层的富水位置，保障了工作面安全。

5 结论

a.确定了超前区域治理模式分类指标为施工位置(地面或井下)、层位选择(太灰或奥灰)和钻进方式(定向钻进或径向射流)，由此确定出5 种主要的超前区域治理模式。依据煤层埋深、含水层水压、岩层结构等指标，提出不同模式的选择准则。

b.结合超前区域治理中钻孔分布形态、注浆材料，进一步将5 种模式类型划分出18 组亚类，细化了区域治理的模式划分。

c.通过分析淮北朱庄煤矿、韩城桑树坪煤矿的煤层赋存、地面施工条件、含水层水压、煤层底板灰岩结构等，制定了不同的超前区域治理工程方案，开采验证表明其效果良好。提出的治理模式分类方法可有效指导煤矿区超前区域工程方案制定。

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