奧灰水文觀測孔涌漏水治理措施研究

秦 利

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047105）

1 概述

井下鉆孔較多，包括水文地質(zhì)鉆孔和瓦斯抽放鉆孔等。由于鉆孔深入巖體中，鉆孔可能導(dǎo)通裂隙水或者含水層，從而引起鉆孔涌漏水，嚴(yán)重時影響工作面正常生產(chǎn)［1-3］。國內(nèi)外許多學(xué)者對鉆孔涌漏水治理措施進行了研究，劉伯等人針對馬家溝煤礦鉆孔涌漏水現(xiàn)象，提出了采取注漿措施來封堵鉆孔，并取得了很好的效果［4］。孫尚云等人分析了井下鉆孔突水原因，提出了注漿封堵措施，有效地解決了鉆孔突水危害［5］。陳傳東等人分析了井下鉆孔漏水原因，并提出了高壓動水狀態(tài)下將動水注漿變?yōu)殪o水注漿進行堵水，很好地封堵了鉆孔，降低了施工難度［6］。但是不同礦井水文地質(zhì)條件不同，其處理措施也存在差異。本人在前人研究的基礎(chǔ)上，針對高河煤礦南翼3#奧灰水文觀測孔涌漏水進行研究提出合理的措施。

2 鉆孔地質(zhì)特征

高河煤礦南翼3#奧灰水文觀測孔開孔層位為3#煤層直接底板，巖性為深灰-灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖及砂巖，含大量植物化石；底部為K7砂巖，與下伏太原組地層呈整合接觸。

南翼3#奧灰水文觀測孔位于南翼輔運大巷與南翼膠帶大巷7#聯(lián)巷向南70m處的鉆場內(nèi)。2013年10月7日開始施工，完工于2014年3月23日。鉆孔孔深409.5 m，一開孔徑Ф168 mm，下入Ф159 mm×8 mm絲扣管20m，固管注水泥0.5t，孔口壓力4 MPa；二開孔徑Ф133 mm，下入Ф127 mm×8 mm絲扣管140m，固管注水泥1.5t，孔口壓力4.5 MPa；三開孔徑Ф113 mm至終孔409.50m為裸孔段。涌水量為12m3/h，水壓1.95 MPa，水位標(biāo)高為+662.846 m。該鉆孔涌漏水現(xiàn)象較為嚴(yán)重。2017年11月25日對該水文觀測孔進行現(xiàn)場實際勘測，該鉆孔孔壁外多處漏水，一級套管和二級套管裂隙漏水較為嚴(yán)重，經(jīng)綜合監(jiān)測涌水量為15 m3/h。

3 鉆孔涌漏水原因分析

綜合分析南翼3#奧灰水文觀測孔的位置，地層分布情況，結(jié)合礦井地質(zhì)鉆孔可知，井田內(nèi)有兩層含水層：分別為中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層和上石炭統(tǒng)太原組承壓含水層。根據(jù)2#地質(zhì)鉆孔資料可知，中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層在煤層下方距離約43 m，上石炭統(tǒng)太原組含水層在煤層下方距離約75m。根據(jù)井田內(nèi)2001孔的抽水資料：q=0.1098 L/s.m，K=0.3362 m/d，水質(zhì)類型為SO42-+HCO3-Ca2+·Mg2型；另據(jù)井田內(nèi)1402號的抽水資料：q=2.142 L/s.m，K=15.718 m/d。 結(jié)合區(qū)域和井田資料分析，井田處于區(qū)域奧灰?guī)r溶裂隙含水層的逕流區(qū)，水質(zhì)較好，富水性較強，但存在差異性；上石炭統(tǒng)太原組含水層埋藏較深，為碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層組，為K2灰?guī)r裂隙含水層，厚4.85～9.95m，平均7.12 m，以不規(guī)則裂隙為主，方解石脈充填，并在局部地段見有小溶孔。因此，礦井開采時應(yīng)注意做好防涌水措施。

含水層為鉆孔涌漏水潛在的水源，同時，由于開采引起底板嚴(yán)重底鼓，釋放了地應(yīng)力，引起3#奧灰水文觀測孔的控水套管受擁拉挫位的破壞。2017年11月25日對該水文觀測孔進行現(xiàn)場實際勘測，該鉆孔孔壁外多出漏水，一級套管和二級套管裂隙漏水較為嚴(yán)重，經(jīng)綜合監(jiān)測涌水量為15 m3/h，具體鉆孔分布情況見圖1。

圖1 鉆孔治理前分布形式

4 鉆孔涌漏水治理措施

南翼3#鉆孔涌漏水現(xiàn)象比較嚴(yán)重，簡單地采用孔內(nèi)下管封閉，和孔壁外帷幕性注漿加固解決不了問題，必須徹底解決底板應(yīng)力釋放的影響；再是對挫拉斷控水管徹底復(fù)原，并讓此孔未來不再發(fā)生類似情況?？茖W(xué)建造3#奧灰水文觀測孔底板段高周圈受應(yīng)力釋放體系影響的安全區(qū)域性的緩沖釋放保護空間環(huán)體，改良孔口安裝的設(shè)施，合理部署常態(tài)化。具體治理步驟包括四步：第一步，修復(fù)巷道，對巷道底板進行加固，保證鉆孔周邊巷道圍巖穩(wěn)定，無幫頂虛空等，鉆孔周邊圍巖密實；第二步，清理巷道，對巷道底板處進行夯實，挖好排水溝，鉆探處將浮矸和雜物清理干凈；第三步，鉆孔周圍開挖施工坑，觀察鉆孔涌漏水情況；第四步，進行控水管路換接和注漿加固。

5 施工工藝

利用南翼3#奧灰水文觀測孔區(qū)域的現(xiàn)場作為施工鉆場，鉆場要求：

（1）加強鉆場附近的巷道支護，鉆孔周邊頂幫部位錨網(wǎng)支護裱褙密實，杜絕幫頂虛空。

（2）清理巷道、巷底水平夯實，挖好排水溝。（3）鉆探處要徹底清除浮矸、雜物。

5.1 鉆孔治理施工工序

在對巷道底板和鉆孔周邊進行加固并清理后，首先固定鉆機，并進行試運行，做好開鉆前的準(zhǔn)備工作；進行鉆孔涌漏水治理，換接控水管和注漿加固。具體過程如下：

（1）鉆機安裝及試運行

鉆機安裝及固定，將作業(yè)現(xiàn)場清理平整，檢查巷道支護情況，支護不完好的聯(lián)系該巷道負(fù)責(zé)隊組加固。鉆機運至打鉆準(zhǔn)確位置，根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場情況鋪設(shè)2～3層道木，道木要鋪設(shè)平整，道木必須一層兩根且成“井”字形鋪設(shè)，用8#雙股鉛絲捆綁在道木交叉點，捆綁三扣以上或者用耙釘固定，道木所搭設(shè)的木垛底座寬度必須多出鉆機寬度300 mm。

利用支護錨索作為起吊點（鉆機總重量為2.93 t，其中泵站0.82t，操作臺0.18 t，鉆機重1.93 t，最大起吊重量為1.93t）。用一臺3 t起吊倒鏈，配合6分鋼絲繩，將鉆機起吊后平穩(wěn)放在事先敷設(shè)好的木垛底座上，并將鉆機調(diào)整到施工鉆孔所需方位角。起吊鉆機時，要保證起吊周圍退路通暢。

將鉆機四角分別用單體柱（4000ZDY-401）向鉆機外偏2°～3°頂住巷道頂板打牢，將鉆機四角緊緊壓牢（立柱上段必須用Φ7 mm雙股鋼絲繩所制的護繩將單體柱上端與巷頂?shù)奶葑恿豪壴谝黄?，上端墊好專用墊木，墊木用鐵絲與頂網(wǎng)連接，墊木使用不得超過1塊；支柱用鋼絲繩串聯(lián)在一起。打設(shè)單體柱時要注意避開瓦斯抽采管路及巷道頂部的管路。用羅盤、坡度規(guī)量好方位角、傾角鉆孔定位必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行。

本次鉆探使用的鉆機型號為：ZDY-4000S型坑道鉆機，鉆機參數(shù)如表1所示。

表1 鉆機參數(shù)

按機電部給定的供電系統(tǒng)圖進行接線。嚴(yán)格執(zhí)行停送電制度，驗收合格后方可帶電試運轉(zhuǎn)，接通電源，試轉(zhuǎn)電機，注意轉(zhuǎn)向是否與油泵的要求一致。反復(fù)試驗回轉(zhuǎn)器的前進、后退，以排除油缸中的空氣，直到運轉(zhuǎn)平穩(wěn)為止，此時系統(tǒng)壓力不應(yīng)超過4.5 MPa。檢查各工作機構(gòu)的動作方向與指示牌的標(biāo)記方向是否一致，如不一致，應(yīng)及時調(diào)換有關(guān)油管（回轉(zhuǎn)器馬達的正、反轉(zhuǎn)、前進、后退等）。在試運轉(zhuǎn)過程中，各部分發(fā)現(xiàn)有漏油現(xiàn)象，要及時排除。

（2）綜合治理復(fù)原（見圖2）

①圍繞3#奧灰水文觀測孔，開挖長1.3 m、寬1.3 m、深0.8 m的施工坑，以查看水文觀測孔控水管涌漏水的具體狀況。

②關(guān)閉原鉆孔出水閥門，拆除排水管路。

③穩(wěn)固鉆機，打開出水閥門，在套管內(nèi)下入Φ110 mm應(yīng)急式止水器至一級套管與二級套管接口下1.5 m處，對鉆孔實施控水封堵。

④利用袖珍式高精度可視探測儀，測定水文觀測孔控水管的錯斷位置及Φ127 mm控水管的內(nèi)腔變化情況。

⑤使用鉆機設(shè)備，用直徑Φ550 mm鉆具套孔至挫斷位置下1 m處。

⑥清理控水管壁外附著物，將施工孔內(nèi)雜物清理干凈并觀察錯斷位置的具體情況。

⑦利用專用切銑工具逐段切銑提取或研磨上部受損的Ф159 mm、Φ127 mm控水管。

⑧使用專用嫁接設(shè)備嫁接安裝Ф159 mm、Φ127 mm控水管至原設(shè)計位置并安裝閘閥。

⑨提出Φ110 mm應(yīng)急式止水器，關(guān)閉出水閘閥，觀察鉆孔是否漏水。

⑩鉆孔無漏水現(xiàn)象后方可注漿加固一級套管與二級套管間隙部分。

圖2 鉆孔治理后分布形式

5.2 治理效果

對鉆孔涌漏水進行換接控水管和注漿加固后，經(jīng)后期監(jiān)測，鉆孔涌漏水現(xiàn)象得到了很好的解決，使得原排水管路得到很好的恢復(fù)，防止了事故的發(fā)生。

6 結(jié)語

本文對3#奧灰水文觀測孔的位置及地質(zhì)特征進行了分析，礦井含水層為鉆孔涌漏水的水源，由于開采擾動使得巷道底板應(yīng)力釋放，造成了鉆孔控水套管的挫拉斷裂，引起鉆孔涌漏水。提出了在鉆孔周圍開挖施工坑，采取了換接控水套管和注漿加固措施，經(jīng)過后期監(jiān)測，鉆孔涌漏水得到有效解決，為今后鉆孔涌漏水治理提供了借鑒。