復雜地質條件下鉆孔突水發(fā)生機理、危害及處理措施

文/苗會明湯陽春

復雜地質條件下鉆孔突水發(fā)生機理、危害及處理措施

文/苗會明湯陽春

河南煤業(yè)化工集團鶴煤公司第十煤礦地質條件相對較復雜，常有煤層底板開裂、突水或底鼓等地質現象發(fā)生。為了避免回采過程中出現安全事故，礦井決定對煤層的底板進行改造。底板改造實施過程中，發(fā)現在某些地質條件復雜的區(qū)域鉆孔時，極易出現鉆孔突水的事故。對此，鶴煤十礦制定了行之有效的實施方案，提出相應的技術路線，并對提出的治理措施的可行性進行了論證。

一、復雜地質條件下鉆孔突水發(fā)生的機理和危害

1．復雜地質條件概況

鶴煤十礦復雜地質條件的淺層地層主要由砂質泥巖、泥巖和頁巖構成，其抗壓強度較低；巖石發(fā)育特征是橫向裂隙或縱向裂隙，其中縱向裂隙發(fā)育為其主要發(fā)育形式，南部采區(qū)巷道布置的方向與主要的裂隙方向之間的夾角是45°，它溝通了地層深部的含水層，屬斷層發(fā)育，巖石塊狀且破碎。

2．鉆孔突水發(fā)生的機理

復雜地質條件下的地層受力比較薄弱，鉆孔出水后會在該地層抗壓相對薄弱的區(qū)域形成一個窗口。當受到地質誘導或者地壓的動力破壞，窗口無法承受水壓時，形成的高壓動力水源就會通過窗口往外形成一個強勢動力區(qū)域，巷道底板主要會出現開裂、突水、底鼓等現象。

（1）巷底出現開裂。砂巖等一些剛性巖石在地質誘導或者地壓的動力影響下，窗口處形成的動力水源會直接沿著豎向裂隙往外面劈裂，接著形成新的裂隙或者擴大了巖石的原生裂隙，最終造成巖石的開裂。

（2）底鼓出現的原因。主要是因為在頁巖、泥巖等塑性巖石的獨立影響之下，窗口處形成的高壓動力水源順著橫向裂隙往上突出。在底鼓的影響下，巷道會出現以下一些變化：幫錨和頂錨被拉折、頂板下沉、斷面變小，嚴重時出現巷道堵塞現象。

（3）底板出現突水的原因。動力水源順著倒水通道或裂隙向外涌出，在整個突水進程中，涌出的水會呈現以下特點：水色逐漸變渾濁且夾帶著小的顆粒、水量忽大忽小，最后水色變澄清且水量漸趨穩(wěn)定。

3．發(fā)生鉆孔突水的危害

在復雜地層條件下礦井發(fā)生鉆孔突水會嚴重影響到礦井的安全生產以及工作人員的人身安全，主要表現在以下幾個方面：第一，鉆孔突水會使巷道失去穩(wěn)定性，繼而影響巷道的行人和通風能力，直接危及到工作人員和掘進設備的安全。第二，鉆孔突水過程中攜帶出的煤層和破碎物和容易淤塞在巷道內，造成排水困難。第三，在一些低洼區(qū)，水流無法自泄，會出現排水力不足或積水無法排除等危機，積水嚴重時將導致水淹面等事故。第四，鉆孔突水的治理進程耗時較長，施工工序繁瑣，而且對施工的組織、方案、工藝要求較高。所以，為了盡量避免災害擴大，應該進行有效快速的治理工作。

二、鉆孔突水封堵的處理步驟

根據地質學原理，鉆孔突水的三要素為較高的水壓、通道及突水水源。因此，治理鉆孔突水需要從以上三方面出發(fā)，對出水水源和出水通道做出科學的判斷后，方可找到相對安全、經濟、可靠的封堵鉆孔突水的途徑。鶴煤十礦針對鉆孔突水封堵制定了以下處理步驟：

首先，對巷道進行臨時加護，加固方式為密集點柱，力求增大巷道的支護強度，重點加固的方向主要沿著裂隙方向進行，同時，為了控制住幫部變形采用了戧柱等固定形式。

其次，在礦井下建造較長距離的輸漿系統，鋪設輸漿的運輸管道，將注漿泵設置在排水、水電和運輸較方便的地點，通過輸漿管和注漿泵把井下產生的泥漿輸送到鉆場處，再通過內部的注漿泵把骨料或者注漿添加到鉆孔內。需要注意的是，在注漿過程中，為了能及時連接注漿點和造漿站，需在注漿處設立專用聯系電話。

第三，注漿封堵鉆孔突水時，骨料要分級加入，這時會遇到兩種情形：一種情況是，淺層巖石無法抵抗住較大的水壓，會使鉆孔位置的閥門沒法關閉，針對此種情況要及時根據現場觀察做出正確判斷，把入空口管設在地層淺部。另一種情況是，地層深部的突出水源會經由豎向的裂隙往上導水，豎向的裂隙開口相對較大，將入孔口管下入到此處，比較困難，可以對高壓水源進行有效的卸壓，接著再封堵突水鉆孔（骨料配合雙液漿）。

三、礦井的實際舉措及效果

1．注漿封堵方案

（1）使用木點柱+道木對2011運輸巷的變形位置進行加固，以確保高壓閥門關閉后巷道能承受住水壓，杜絕巷道底鼓和大面積變形現象的出現。

（2）2011運輸巷的車場下面的平臺設計3個導水鉆孔，方便對1-2號鉆孔突水進行有效疏水降壓和事故的及時處理，對灰?guī)r含水層進行局部改造（帷幕注漿），減少1-2號鉆孔的水源補給。

（3）將1-2號鉆孔處的閥門關閉后，向骨料器中加入骨料封堵注漿，注漿液的成分為水和灰，其比例是1∶0.7～1∶0.9。

（4）如果較粗骨料還不能有效控制底板出水時，需要配合使用88mm導向管+90mm鉆頭，使用骨料進行礦井下注漿操作時，骨料直徑需要逐步加大，避免一次堵死孔口管。

（5）使用地面注漿封堵導水孔，最終壓力是6.1～6.3MPa。

2.封堵效果

通過注漿封堵來治理鉆孔突水問題，且注漿量總計達到58t，收到了標本兼治的良好效果。注漿過程中使用井下疏漿系統，確保了井下注漿的可靠性和連續(xù)性，在堵水中起到了主要作用。在進行鉆孔處理前，預先改造鉆機的回轉器和夾持器，解決了70mm直徑的孔口管在堵塞之后的后續(xù)掃控問題，保證施工過程能有的放矢地進行。

四、結語

鶴煤十礦在改造底板過程中，針對出現鉆孔突水的現象使用了注漿封堵法，在對出水水源和出水通道作出科學的判斷后，采取對巷道進行臨時加護、在礦井下建造較長距離的輸漿系統、注漿封堵鉆孔突水時骨料要分級加入的處理方法，效果顯著，從而為其他條件相類似的礦井鉆孔突水的治理提供了一定的依據。

（作者單位：鶴壁濟源礦業(yè)有限公司）

（責任編輯：周瓊）