關(guān)于水文觀測(cè)鉆孔施工技術(shù)的經(jīng)濟(jì)研究與應(yīng)用

[摘要]礦井采用兩斜井一立井混合開拓，主要開采二1煤層，一級(jí)提升落底標(biāo)高+88m，二級(jí)提升落底標(biāo)高-150m，開采方法為雙翼開采，采用綜合機(jī)械化采煤方法，礦井涌水主要為二1煤層頂板砂巖裂隙含水層和底板太原組灰?guī)r含水層涌水，水文地質(zhì)條件為中等類型。

[關(guān)鍵詞]探水；鉆孔；技術(shù)；設(shè)計(jì)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201730239

1礦井地質(zhì)情況

11含水層

①寒武系上統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r含水層（Ⅰ）：以崮山組白云質(zhì)灰?guī)r為主，區(qū)內(nèi)共有十四孔見該層灰?guī)r，區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面以上發(fā)育大中型的巖溶裂隙、溶洞等，鉆孔所見多為峰窩狀溶孔，兩孔見有溶洞，最大高度130m。鉆孔揭露厚度大于30m者多半漏水，小于30m者不漏水，漏水空間集中分布在114勘探線東北頂面埋深-50m以上地段。②石炭系上統(tǒng)太原組上段灰?guī)r含水層（Ⅱ2）：由L11—L8等四層石灰?guī)r組成，據(jù)礦井范圍內(nèi)內(nèi)揭穿該層的鉆孔統(tǒng)計(jì)其平均厚度1347m，其中L9與L8兩層灰?guī)r全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育。③下二疊統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層組（Ⅲ）：一般由3～12層細(xì)中粒砂巖組成，總厚968～5947m，平均3085m，淺部風(fēng)化裂隙較發(fā)育，為含水層的相對(duì)強(qiáng)富水部位，向深部富水性變?nèi)踔翗O弱。

12主要隔水層

礦區(qū)內(nèi)各含水層之間賦存有良好的相對(duì)隔水層，正常情況下，可起到隔水作用。除二疊系地層中層數(shù)眾多的泥巖、砂質(zhì)泥巖外，二1煤底板有三個(gè)隔水層組，隔水性能不一，現(xiàn)分述如下。①太原組上段頂部隔水層：太原組L9灰?guī)r至二1煤底板之間的泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖，沉積不穩(wěn)定，厚度19～2961m，抗拉強(qiáng)度一般2MPa，在開采條件下失去隔水作用。②太原組底部鋁土泥巖隔水層：寒武系頂部與太原組下段灰?guī)r之間的鋁土質(zhì)黏土巖，厚211～1029m。據(jù)一礦區(qū)內(nèi)鉆孔資料，該隔水層厚度一般較薄。

2鉆孔設(shè)計(jì)方案

21方案設(shè)計(jì)目的、原則

本次在23采區(qū)內(nèi)-140m回風(fēng)石門延伸設(shè)計(jì)1個(gè)水文觀測(cè)孔，觀測(cè)云蓋山斷層下盤寒武系灰?guī)r含水層，二1煤層至寒武系灰?guī)r含水層之間由針對(duì)寒武系灰?guī)r含水層可將其與二1煤層之間距離近似為隔水層厚度，從已有資料分析，一礦范圍內(nèi)寒武系至二1煤之間厚度，由西向東、從淺部向深部變薄。為進(jìn)一步查明寒灰水的富水性、準(zhǔn)確掌握23采區(qū)二1煤層距寒灰間距，并對(duì)寒灰水位做到及時(shí)觀測(cè)，以指導(dǎo)礦井防治水工作，根據(jù)礦研究決定在23采區(qū)-140m回風(fēng)石門延伸邊坡點(diǎn)硐室內(nèi)施工水文觀測(cè)孔。

為節(jié)約進(jìn)尺，降低施工成本，并最大限度減少周圍巖層變化對(duì)鉆孔造成的影響，提高鉆孔使用年限，設(shè)計(jì)盡量以立孔鉆進(jìn)，同時(shí)為防止各含水層之間人為的鉆孔溝通，設(shè)計(jì)使用二級(jí)套管，太灰上下段含水層全段套管并管壁注漿封閉。

22鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)

鉆場(chǎng)使用原-140m回風(fēng)石門延伸變坡點(diǎn)處的硐室，在硐室內(nèi)施工一4500mm×2000mm×300mm的鉆機(jī)平臺(tái)，位置靠硐室上幫。

23鉆孔設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)水文觀測(cè)鉆孔1個(gè)，G5鉆孔傾角-45°，距幫1m，與中線夾角29°31′12″，設(shè)計(jì)深度90m左右，一級(jí)孔徑Ф168mm，下入Ф146mm套管10m，主要用作保護(hù)孔壁及太灰中上段少量出水時(shí)的封堵；二級(jí)孔徑Ф133mm，下入Ф108mm套管42m，主要對(duì)太灰中下段進(jìn)行阻隔；三級(jí)孔徑Ф94mm，孔深90m，終孔層位為進(jìn)入寒灰以下40m左右。

24設(shè)備選型

觀測(cè)孔施工選用ZDY-4000全液壓坑道鉆機(jī)及配套鉆探設(shè)備；井下注漿泵選用煤礦用雙液變量注漿泵型號(hào)2ZBSB6-11/6-22。

3鉆孔施工工藝

31鉆孔施工

本次設(shè)計(jì)水文觀測(cè)鉆孔1個(gè)，G5鉆孔傾角-45°，距幫1m，與中線夾角29°31′12″，設(shè)計(jì)深度90m左右。

32注漿工藝

如鉆孔在揭露寒灰以前涌水量較大，或者鉆孔揭露的巖層裂隙較大，對(duì)套管進(jìn)行固管時(shí)有必要需要進(jìn)行大量注漿。

（1）封套管采用管壁埋設(shè)四分注漿管，內(nèi)返漿循環(huán)注漿方式，水泥漿濃度1∶16～18，孔口和四分注漿管都設(shè)閘閥，帶壓封孔，注漿壓力不低于6MPa。

（2）如孔口滲水，采用雙液注漿，水泥漿濃度（水灰重量比）1∶1～16，水泥漿與水玻璃的體積比1∶06～04。注漿工程中均使用標(biāo)號(hào)不低于425#的水泥與35～42°Be規(guī)格的水玻璃。

（3）注漿壓力應(yīng)為靜水壓力的2～3倍，該區(qū)靜水壓力為188MPa左右，考慮注漿管的承壓能力，注漿終孔壓力應(yīng)達(dá)到6MPa，持續(xù)時(shí)間25分鐘。

（4）耐壓試驗(yàn)以鉆孔無出水現(xiàn)象為封孔合格，否則必須重新透孔注漿進(jìn)行封閉。

（5）在水文觀測(cè)鉆孔施工過程中，若未打到設(shè)計(jì)下套管的深度，出現(xiàn)涌水，則停止鉆進(jìn)，進(jìn)行注漿封堵，待水泥凝固后，重新透孔打至下套管深度，下套管，注漿封孔，待水泥凝固后在透孔打至設(shè)計(jì)含水層。

4鉆孔施工技術(shù)要求

（1）為確保施工人員的安全，鉆孔必須使用防噴冒和孔口鉆桿卡持器等防噴反壓裝置，以免鉆具被水頂出傷人。

（2）本次設(shè)計(jì)打壓試驗(yàn)壓力為6MPa，穩(wěn)定時(shí)間25～30分鐘，以孔口周圍無滲水現(xiàn)象為孔口管固定合格；否則重新進(jìn)行封孔，并再次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

（3）認(rèn)真做好現(xiàn)場(chǎng)記錄，準(zhǔn)確記錄各出水層位的初始水量、最大水量、穩(wěn)定水量和水壓、巖層層位、巖性、換層深度等，以便于收集，分析資料。

（4）施工時(shí)提前對(duì)-140m回風(fēng)石門內(nèi)的水溝進(jìn)行清淤，保證水溝暢通，保證-150m水倉容量和排水能力要達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（5）防止鉆孔塌孔及縮徑措施：①對(duì)于下套管地帶盡量巖芯管施工；②對(duì)下套管的孔段要盡量加大孔徑；③在鉆孔孔壁比較破碎處，可加壓注漿后再鉆進(jìn)。

（6）施工過程中要認(rèn)真執(zhí)行鉆孔防斜措施，鉆孔結(jié)束后要由生產(chǎn)科組織有關(guān)人員進(jìn)行驗(yàn)收，并填寫驗(yàn)收單。

（7）鉆孔終孔標(biāo)準(zhǔn)：G5孔為觀測(cè)寒武系灰?guī)r水文觀測(cè)孔，終孔層位為進(jìn)入寒灰以下40m左右。

（8）施工結(jié)束后，根據(jù)鉆探記錄情況繪制鉆孔實(shí)際地層柱狀圖。

5防突水

在鉆進(jìn)工程中若出現(xiàn)巖松軟、片幫或者鉆眼中水壓水量突然增大和頂鉆等出水征兆或出水水壓較大時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即停止鉆進(jìn)，先不要拔出或搖晃鉆桿，要設(shè)法固定牢固并將鉆機(jī)及其他電氣設(shè)備斷電，及時(shí)按照避災(zāi)路線組織施工人員立即撤到安全地區(qū)，然后及時(shí)向礦調(diào)度室和有關(guān)科室匯報(bào)，聽候處理。

6其他

未盡事宜執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》等有關(guān)規(guī)定。

7災(zāi)害應(yīng)急原則及避災(zāi)路線

71災(zāi)害應(yīng)急原則

（1）打鉆地點(diǎn)出現(xiàn)電器設(shè)備故障引起的火災(zāi)時(shí)，施工人員應(yīng)立即組織現(xiàn)場(chǎng)人員撲滅火源，并將火勢(shì)情況報(bào)礦調(diào)度和隊(duì)值班人員，如火勢(shì)增大無法控制時(shí)，應(yīng)立即組織人員撤離災(zāi)區(qū)。

（2）打鉆過程中發(fā)現(xiàn)附近瓦斯突然增大、頂鉆或鉆孔中水壓、水量突然增大等異常情況時(shí)，須立即停止鉆進(jìn)，不準(zhǔn)拔出鉆桿，盡快將鉆具固定，并立即將異常情況向調(diào)度匯報(bào)，同時(shí)派專人監(jiān)測(cè)。發(fā)現(xiàn)情況危急時(shí)，必須立即撤出受威脅地區(qū)域人員撤到安全地點(diǎn)。

72避災(zāi)路線

出現(xiàn)火災(zāi)，災(zāi)情無法控制時(shí)，遇險(xiǎn)人員應(yīng)選擇最近的路線撤離到地面。要盡快進(jìn)入進(jìn)風(fēng)側(cè)或新鮮風(fēng)流中。

[作者簡(jiǎn)介]杜志遠(yuǎn)（1982—），漢族，河南禹州人，助理工程師，生產(chǎn)技術(shù)科副科長，研究方向：煤礦技術(shù)管理、安全管理。endprint