回采工作面過(guò)復(fù)雜封閉不良鉆孔綜合探測(cè)方法

任金武 張盼

摘要：在威脅煤礦安全生產(chǎn)的隱蔽致災(zāi)因素中，封閉不良鉆孔導(dǎo)水是其中重要的一項(xiàng)，礦井在勘探期間往往施工有大量的地面鉆孔，其中不乏在封閉過(guò)程中由于施工工程質(zhì)量不合格造成的封閉不良鉆孔，鉆孔穿過(guò)層位及封孔深度的不同造成不同的導(dǎo)水危險(xiǎn)性，本文就郭村煤礦1204回采工作面過(guò)4601封閉不良鉆孔的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，從封閉不良鉆孔危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、探測(cè)方法、治理措施綜合闡述分析，提出了回采工作面過(guò)復(fù)雜封閉不良鉆孔綜合處理措施，為煤礦生產(chǎn)期間過(guò)封閉不良鉆孔提供了一定的經(jīng)驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：封閉不良鉆孔;鉆孔危險(xiǎn)性評(píng)價(jià);防治水;探測(cè)方法：超前探

1.礦井及1204工作面概況

礦井位于河南省偃龍煤田中段，嵩山山脈北麓的山前平原區(qū)?？刹擅簩訛槎B紀(jì)山西組二，煤，傾向北，傾角14°-22°，煤厚0—15.88m，平均厚度3.3m。礦井水文地質(zhì)條件中等。1204 工作面走向長(zhǎng)944m，斜長(zhǎng)170m，標(biāo)高-69m—-135m，采煤方法為走向長(zhǎng)壁式、頂板全部垮落法。采用放頂煤一次采全高工藝，綜放支架支護(hù)頂板、全部垮落法處理采空區(qū)。

2. 4601鉆孔封閉情況

4601鉆孔位于1204 工作面西部，12輔助下山以東10.7m（相對(duì)位置關(guān)系見(jiàn)圖2），施工于1959年，資料整理于1970年，由于所在時(shí)期歷史原因，鉆孔施T質(zhì)量較差，為封孔不良鉆孔。終孔孔深392.3m，終孔進(jìn)入奧陶紀(jì)灰?guī)r（02）。根據(jù)河南煤田地質(zhì)二隊(duì)編制的生產(chǎn)補(bǔ)充勘探報(bào)告的封閉不良鉆孔統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬，4601鉆孔封孔情況如下：封閉層段為382.30m—392.30m，層段厚度lOm;層位為奧陶系（O：）石灰?guī)r1.06m，石炭系（C2）鋁土層5.07m、泥巖0.5m、一1煤0.75m、石灰?guī)r2.62m;封孔材料水泥140kg、沙子140kg，382.30m以上未封閉。未對(duì)封孔情況進(jìn)行取樣檢查，封孔質(zhì)量評(píng)價(jià)為不合格。

3.水文地質(zhì)條件

根據(jù)4601孔揭露地層信息顯示，鉆孔穿過(guò)第四系、二疊系下統(tǒng)下石盒子組及山西組、石炭系上統(tǒng)太原組及本溪組、終孔進(jìn)入奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r1.06m。

其中鉆孔穿過(guò)地層中石炭系上統(tǒng)太原組及本溪組總厚49.54m，太原組上段灰?guī)r巖溶含水層主要由L7-8石灰?guī)r組成該含水層水位標(biāo)高147.19m～174.99m，單位涌水量0.004L/s.m—0.0143L/s·m，滲透系數(shù)0.004m/d—0.0143m/d.該層含巖溶承壓水，巖溶裂隙不太發(fā)育，富水性弱，上距二1煤層l.lOm—14.16m，平均11.59m。為二，煤層底板直接充水含水層。太原組上段灰?guī)r巖溶含水層由L1-4石灰?guī)r組成，該層靜止水位標(biāo)高+ 135.93m-+195.lOm，單位涌水量0.00291Us·m～0.748Us·m，滲透系數(shù)2.876m/d。該含水層含巖溶承壓水，富水性中等，富、導(dǎo)水性極不均一。上距二1煤層19.60m—51.46m，平均33.5lm，屬二1煤層間接充水含水層。礦井主要巷道開(kāi)拓于Lη灰?guī)r中，若遇構(gòu)造，極易與上、下含水層發(fā)生水力聯(lián)系，將對(duì)礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成較大威脅。

終孔進(jìn)入奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r1.06m，該層屬寒武系上統(tǒng)鳳山組及奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶含水層，該含水層水位標(biāo)高160.7m～200.4m，該層巖溶承壓水補(bǔ)給條件好，水壓大，富水性強(qiáng)，導(dǎo)水性好，但富、導(dǎo)水性極不均一，與二1煤層間夾有三個(gè)隔水層，屬二1煤層間接充水含水層。正常情況下，對(duì)開(kāi)采二，煤層影響不大。若遇構(gòu)造影響，對(duì)礦井安全生產(chǎn)的威脅最大。

4.鉆孔危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

4.1鉆孔充水因素

（1）含水層。在礦井采動(dòng)影響和水壓的作用下，封閉不良鉆孔可能導(dǎo)通含水層水，若封閉不良鉆孔位于采掘區(qū)域內(nèi)，且鉆孔導(dǎo)通了強(qiáng)含水層，則極有可能造成突水事故，威脅礦井安全生產(chǎn)，視封閉不良鉆孔穿過(guò)含水層富水性強(qiáng)弱及鉆孔在含水層段的封閉長(zhǎng)度大小，其危險(xiǎn)性也有不同。

（2）地質(zhì)構(gòu)造。能夠造成封閉不良鉆孔導(dǎo)水的地質(zhì)構(gòu)造主要有斷層和褶曲，斷層及褶曲發(fā)生的地層中應(yīng)力集中，斷裂及褶曲面產(chǎn)生的裂隙較多，若封閉不良鉆孔正好位于構(gòu)造附近或穿過(guò)構(gòu)造區(qū)域，構(gòu)造又能夠?qū)ê畬铀?，將有可能造成突水事故，鉆孔與斷裂或褶曲的位置關(guān)系是突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的判斷依據(jù)，距離斷層面和褶曲軸面越近，危險(xiǎn)性越大。

（3）采掘影響。參考煤礦開(kāi)采上三帶、下三帶理論，礦井的采掘活動(dòng)將造成煤層頂?shù)装宓钠茐模纬蓪?dǎo)水裂隙帶，煤層頂?shù)装鍘r層破壞可能導(dǎo)致其中的地質(zhì)鉆孔遭到破壞從而形成導(dǎo)水通道，同時(shí)也增加了封閉不良鉆孔的導(dǎo)水危險(xiǎn)性。

（4）采空區(qū)。礦井采空區(qū)積水是造成礦井水害事故的重要充水水源，采空區(qū)積水雖然動(dòng)儲(chǔ)量不大，但其巨大的靜儲(chǔ)量和突水時(shí)的瞬時(shí)水量突人礦井時(shí)往往是災(zāi)難性的。若位于采掘區(qū)域上方的采空區(qū)積水被封閉不良鉆孔導(dǎo)通，其突水危險(xiǎn)性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤層頂板弱含水層。

4.2危險(xiǎn)性評(píng)級(jí)

綜上所述，封閉不良鉆孔導(dǎo)水危險(xiǎn)性評(píng)級(jí)的影響因素有5個(gè)：較強(qiáng)充水水源、較弱充水水源、地質(zhì)構(gòu)造、采掘影響、鉆孔水文及封閉情況。綜合考慮這5個(gè)影響因素，可將封閉不良鉆孔的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)級(jí)，這里劃分為透水危險(xiǎn)、有導(dǎo)水威脅和無(wú)導(dǎo)水威脅三類。

由于影響封閉不良鉆孔導(dǎo)水危險(xiǎn)性的指標(biāo)因素較多，且其評(píng)價(jià)具有非線性、模糊性的特點(diǎn)，因此采用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)鉆孔危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。首先把封閉不良鉆孔導(dǎo)水危險(xiǎn)性類型劃分為無(wú)導(dǎo)水威脅、有導(dǎo)水威脅和透水危險(xiǎn)三類，組成評(píng)語(yǔ)集V={V1，V2，V3};評(píng)價(jià)指標(biāo)有5個(gè)，即強(qiáng)充水水源、較強(qiáng)充水水源、地質(zhì)構(gòu)造、采掘活動(dòng)影響和鉆孔水文及封閉信息，組成評(píng)價(jià)指標(biāo)集U={U1，U2，U3，U4，U5}。對(duì)于每個(gè)封閉不良鉆孔，由于其影響因素的重要性不同，采用分析評(píng)價(jià)的方法，確定該封閉不良鉆孔的5個(gè)指標(biāo)權(quán)重，記為A={a1，a2，a3，a4，a5}，并通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于各評(píng)語(yǔ)集的隸屬度R={rl，r2，r3），得到從U到V的評(píng)判矩陣，再通過(guò)評(píng)判集和權(quán)重集的乘法運(yùn)算求出綜合評(píng)判向量：

r11 r21 r31

r12 r 22 r32

S=[sl，s2，s3]=[a1，a2，a3，a4，a5][ r13 r23 r33]

r14 r24 r34

ris r25 r35

其中，s1，S2，S3分別為該鉆孔屬于無(wú)導(dǎo)水威脅鉆孔、有導(dǎo)水威脅鉆孔和透水危險(xiǎn)鉆孔的隸屬度，根據(jù)最大隸屬度原則判斷封閉不良鉆孔的導(dǎo)水危險(xiǎn)性。根據(jù)以上方法評(píng)價(jià)4601鉆孔為有導(dǎo)水危險(xiǎn)鉆孔。

5.采取的探測(cè)方法及效果

5.1超前探測(cè)

在已知采掘區(qū)域存在封閉不良鉆孔時(shí)，掘進(jìn)及回采前采用超前探測(cè)手段對(duì)封閉不良鉆孔及附近含水層富水性進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)治理措施。4601鉆孔位于1204 工作面西側(cè)邊界，距12輔助下山東幫法線距離lOm，12輔助下山掘進(jìn)層位為L(zhǎng)7灰?guī)r下部，距下部的太原組下段灰?guī)r（L1-4）15m，距奧陶灰?guī)r35m左右，在12輔助下山掘進(jìn)前，利用超前探鉆孔對(duì)4601鉆孔進(jìn)行了初步探測(cè)，共施工鉆孔4個(gè)，鉆孔終孔層位于巷道底板下25m的Lη灰?guī)r中，其中4#孔穿過(guò)4601鉆孔平面位置，鉆孔施工工藝按照超前探水鉆孔標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，施工過(guò)程中4#孔累計(jì)出水量為1m3/h，終孔注漿量3.4t，其余3個(gè)鉆孔涌水量最大為6m3/h，鉆探結(jié)果顯示掘進(jìn)前方太原組灰?guī)r含水層富水性較弱，但本次探測(cè)鉆孔較少，鉆孔終孔層位較淺，無(wú)法具體反映出4601孔水文情況。

為探清4601孔水文情況，在12輔助下山掘進(jìn)至距離4601鉆孔平面位置法線距離15m時(shí)，在巷道迎頭對(duì)鉆孔進(jìn)行了二次探測(cè)，本次布置鉆孔6個(gè)，圍繞4601孔施T水平探測(cè)鉆孔3個(gè)（6#～8#），共進(jìn)尺90m。施工過(guò)程幾乎無(wú)水。向4601孔深部奧灰含水層探測(cè)鉆孔3個(gè)（9#、12#、13#），共進(jìn)尺197m;以上3個(gè)鉆孔設(shè)計(jì)終孔進(jìn)入奧灰20m-30m，9#孔現(xiàn)場(chǎng)觀察69m進(jìn)入奧灰，76m鉆孔涌水量6m3/h，注漿后延伸至96m，涌水量8m3/h，共計(jì)注漿12.7t。12#鉆孔施工至84m，13#鉆孔施工至90m，鉆孔涌水量均較小，為2m3/h～3m3/h。根據(jù)探測(cè)鉆孔施工情況來(lái)看，4601鉆孔所在地層中奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶含水層富水性較弱。

5.2瞬變電磁探測(cè)

為探清12輔助下山4601鉆孔位置底板含水層富水情況，瞬變電磁物探底板探測(cè)90m，從視電阻率等值線分布規(guī)律可以看出，鉆孔對(duì)應(yīng)30m～70m段位置底板深部電阻率值分布均勻，無(wú)低阻異常區(qū)域，底板石炭系、奧陶系石灰?guī)r含水層富水性較弱。

6.結(jié)論

對(duì)4601鉆孔的探測(cè)采取了物探和鉆探相結(jié)合的探測(cè)方式，探測(cè)覆蓋面積均較大，對(duì)鉆孔附近含水層的富水性進(jìn)行了全面的探測(cè)，結(jié)果顯示鉆孔附近煤層頂?shù)装搴畬痈凰跃^弱，在鉆孔超前探測(cè)過(guò)程中，已進(jìn)行注漿封堵，不存在奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶含水層水及太原組上段灰?guī)r巖溶含水層水被鉆孔導(dǎo)通發(fā)生突水事故的危險(xiǎn)性，二疊系山西組砂巖水可能順?lè)忾]不良鉆孔進(jìn)入工作面，但該含水層富水性較弱，對(duì)生產(chǎn)影響不大，可以安全回采。

參考文獻(xiàn)：

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