礦井坑內(nèi)鉆探涌水原因分析及其治理

詹 濤

（云南地礦建設(shè)工程有限責(zé)任公司，云南 昆明 650000）

1 某礦區(qū)水文地質(zhì)特征分析

某礦區(qū)斷層與溶洞比較發(fā)育，且區(qū)內(nèi)存在可溶巖，主要以石炭系上統(tǒng)船山組、二疊系下統(tǒng)棲霞組為主。因礦區(qū)現(xiàn)場受斷層以及巖體切割作用明顯，導(dǎo)致可溶巖破碎問題明顯且連續(xù)性表現(xiàn)較差。與此同時，斷層破碎帶附近溶洞發(fā)育比較強烈，結(jié)合現(xiàn)場水文地質(zhì)勘察情況上來看，部分斷層附近溶洞發(fā)育表現(xiàn)強烈且規(guī)模較大。在形成與斷層走向方面基本上可以視為一致狀態(tài)，如均為長條形溶洞發(fā)育密集帶。其中，在寬度表現(xiàn)方面，介于300m～500m之間。在特點趨向上，主要表現(xiàn)為隨著與斷層距離增大而不斷減弱。除此之外，可溶巖上部巖溶發(fā)育程度相對比較強烈[1]。

根據(jù)水文地質(zhì)勘察報告來看，全區(qū)共有59個鉆孔揭露溶洞。在溶洞主要發(fā)育位置上基本聚集于可溶巖頂部位置。從具體表現(xiàn)上來看，該部位整體溶洞發(fā)育表現(xiàn)強烈，且規(guī)模相對較大。從礦床上來看，主要含水層具有風(fēng)化以及構(gòu)造裂隙特征，同時還兼具巖溶承壓水特征。不難看出，該礦床富水性不均、且在充水條件表現(xiàn)方面多以明顯分區(qū)以及分帶特點為主。再加上礦區(qū)現(xiàn)場水文地質(zhì)條件表現(xiàn)復(fù)雜，對圍巖穩(wěn)定性造成了不良影響。舉例而言，對于半風(fēng)化中等堅硬巖組以及可溶巖組而言，因其長期位于地下水位及以下位置，容易對軟弱巖組穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。

2 突水情況研究

（1）坑內(nèi)鉆勘探設(shè)計。結(jié)合勘探線剖圖來看，鉆孔CK702與CK703在水平標(biāo)高的一段距離中可明顯看見礦層，其中，礦層約為2m～3m。同時，111#礦體的333級儲量接近3萬噸。在進行掘進采切工作時，現(xiàn)場作業(yè)人員在+10m中段的鉆孔位置處布設(shè)了一個探礦井。在探礦井的規(guī)格制定上，為19m。這19m部分穿過圈定好的礦體標(biāo)高，但是并未揭露礦體。

且在探礦井巖性表現(xiàn)上，均以灰?guī)r為主。為進一步加強對111#礦體的探明與分析，以及更好地完成現(xiàn)場施工作業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)人員需要結(jié)合現(xiàn)場施工環(huán)境情況，對坑內(nèi)鉆探工藝進行合理規(guī)劃與設(shè)計。在工作面的確定上，主要將其位置設(shè)置在+10m中段的西部位置，孔深長約為25m[2]。

（2）坑內(nèi)鉆透水實況分析。結(jié)合現(xiàn)場實際情況來看，鉆探實際施工長度約為21m。其中，巖心未見礦體。與此同時，當(dāng)現(xiàn)場作業(yè)人員施工到18m位置處逐漸開始出現(xiàn)出水現(xiàn)象。此時鉆孔距離斷層還有一定長度，約為33m。同時，該位置處施工作業(yè)并未穿過圈定礦層位置。也就是說，鉆孔涌水量還是處于可控制范圍內(nèi)，基本上不會對施工作業(yè)造成不利影響。但是需要注意的是，當(dāng)現(xiàn)場作業(yè)人員打到21m位置處時，該處水壓明顯加大，并且產(chǎn)生卡鉆現(xiàn)象，導(dǎo)致現(xiàn)場作業(yè)人員無法繼續(xù)開展施工作業(yè)活動。最重要的是，施工作業(yè)無法穿過閃長玢巖，且難以見到礦體，迫不得已停止施工。而當(dāng)鉆孔經(jīng)過一個月的放水處理之后，涌水量逐漸趨于穩(wěn)定化發(fā)展。此時，現(xiàn)場作業(yè)人員對鉆孔涌水量進行了測算分析，數(shù)值為45.83m3/h，在水壓數(shù)值方面約為10MPa。

（3）涌水原因分析。為及時明確礦井坑內(nèi)鉆探涌水原因，現(xiàn)場作業(yè)人員主動結(jié)合原有地質(zhì)資料進行了重點研究與分析。根據(jù)分析反饋情況來看，F(xiàn)29斷層與孔位距離約為50m，在25m進尺位置處，坑內(nèi)鉆有25m左右隔水柱。以此可以判斷出，約在18m～21m位置處存在111#磁鐵礦礦層。結(jié)合原有剖面圖來看，原計劃預(yù)計在18m位置處會打到礦層。但是結(jié)合實際情況來看，在18m位置處存在閃長玢巖問題，并存在出水現(xiàn)象。且在21m進尺位置處，雖圈定礦層單位見到礦體。結(jié)合上述內(nèi)容，不難看出，鉆孔CK702閃長玢巖巖脈出現(xiàn)延生現(xiàn)象，并經(jīng)過發(fā)展穿過111#礦體。同時，開采現(xiàn)場斷層中部富水性整體表現(xiàn)良好，而其余地段以及淺部位置在富水性方面表現(xiàn)較弱，因此導(dǎo)水?dāng)鄬泳哂袑?dǎo)水性不良的特點。從客觀角度上來看，斷層的富水性與兩側(cè)附近巖性的風(fēng)化程度以及裂隙程度之間存在密切關(guān)系。

舉例而言，如果斷層富水性表現(xiàn)良好，則鉆孔遇到破碎帶漏水問題的概率也會隨之增加，反之則相反。探礦井位置主要位于坑內(nèi)鉆探礦區(qū)域，經(jīng)施工作業(yè)活動之后未見水出現(xiàn)。同時，CK703鉆孔也未見出水問題。由此不難看出，探礦井區(qū)域炎性表現(xiàn)較為穩(wěn)定，基本上無任何破碎帶問題出現(xiàn)。結(jié)合鉆孔實際情況來看，經(jīng)一段時間觀察之后出水量并未減小，甚至偶爾會存在渾濁泥漿水問題。綜合上述情況來看，以上分析所顯示的坑內(nèi)鉆水主要為常流水。究其原因，主要是因為閃長玢巖與F29斷層之間存在溶洞相通關(guān)系。且地表水容易通過溶洞進入到F29斷層當(dāng)中。在具體操作處理過程中，建議現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)該對該位置進行封堵處理，以免對后續(xù)施工作業(yè)安全造成不利影響。

3 合理確定治理方案

因坑內(nèi)存在大量水涌出問題，導(dǎo)致-20m終端水倉蓄水實踐明顯縮短，如果不加以及時處理，不僅會增加抽水電費，同時也會導(dǎo)致+10m中段以下位置的礦體難以正常開采并利用。嚴重時，甚至?xí)绊懙刭|(zhì)勘探設(shè)計方案的實施效果。針對于此，建議相關(guān)管理人員必須結(jié)合現(xiàn)場實際情況，部署科學(xué)、合理的綜合治理方案，以減輕坑內(nèi)鉆探涌水帶來的危害影響。其中，在綜合治理方案的確定上，現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)該充分意識到涌水坑內(nèi)鉆是唯一的出水點。也就是說，在治理方面作業(yè)人員應(yīng)該對該位置涌水鉆孔進行封堵處理。究其原因，主要是因為坑內(nèi)鉆出水量較大，水位差會促使壓力形成。其中，水壓約為10MPa，基本上可以滿足打鉆用水需求。如果施工處理過程中無法充分堵好，現(xiàn)場作業(yè)人員可通過利用軟管等方式將其引入到水倉當(dāng)中進行安全應(yīng)用?；蛘呤菍④浌芘c供水系統(tǒng)連接使用，為下個中段提供打算用水。結(jié)合現(xiàn)場巷道位置以及施工需求情況來看，作業(yè)人員主張利用套管堵疏結(jié)合治理方案進行針對性處理。

4 鉆孔堵水工作要點及流程分析

（1）科學(xué)選擇材料。為確保鉆孔堵水作業(yè)效果得以達到預(yù)期，現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)該對鉆孔堵水材料的應(yīng)用問題予以高度重視。在開展鉆孔堵水作業(yè)之前，現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)該根據(jù)礦井生產(chǎn)現(xiàn)場實際需求，選擇合適的堵水材料進行安全應(yīng)用。結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用反饋情況來看，作業(yè)人員主張利用45#巖心去芯管進行接箍處理；46#巖心去芯管進行接箍處理；利用膨脹螺桿、夾板等輔助材料。在材料應(yīng)用過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員需要根據(jù)進尺及出水位置情況，對巖心去芯管接箍的鉆桿口徑進行合理確定。除此之外，在打鉆過程中。如果存在外徑不斷摩擦問題或者鉆徑變大問題，現(xiàn)場作業(yè)人員可利用巖心去芯管針對外壁位置進行水堵處理。結(jié)合現(xiàn)場檢驗情況來看，雖然水中含有少量腐蝕物質(zhì)，但是大體上不會對巖心去芯套管壽命產(chǎn)生不利影響。為進一步增強出水口的安全性，現(xiàn)場作業(yè)人員主張利用不銹鋼閘閥進行針對性處理。必要時，也可以通過加固錨桿以及安全警戒方式避免套管脫落問題出現(xiàn)。

（2）堵水處理流程。在堵水處理工藝的落實方面，建議現(xiàn)場作業(yè)人員可以從以下幾個方面進行貫徹與落實。

一方面，現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)該在開展堵水處理作業(yè)之前對巷道進行清理。其中，要重點針對巷道以及鉆場頂板邊幫段進行嚴格檢查，確保施工條件滿足規(guī)范要求之后，再開展施工作業(yè)活動。在前期準(zhǔn)備期間，作業(yè)人員應(yīng)該在涌水鉆孔的水平位置處的一段距離內(nèi)，做好錨桿眼的施工處理。其中，在深度控制方面應(yīng)該為50mm。需要注意的是，在此過程中，作業(yè)人員應(yīng)該利用坑內(nèi)鉆機對涌水鉆孔進行清理處理。這樣做的主要目的在于防止孔內(nèi)存在堵塞現(xiàn)象。另一方面，在施工操作過程中，現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)該將葫蘆綁在錨桿位置上，并將45#巖心去芯管（接箍）按照一定的順序要求送入到鉆孔位置當(dāng)中。同時，在鉆孔口部2m位置處，作業(yè)人員可以利用45#與46#巖心去芯管相接的方式進行針對性處理，以保障巖心去芯管外壁水密封效果得以全面深化。最后，借助不銹鋼閘閥與46#巖心去芯管連接的方式，保障閘閥鎖緊效果。需要注意的是，如果上述操作方法無法緩解出水壓力或者難以達到預(yù)期的堵住效果，建議作業(yè)人員可以酌情打開閘閥連接套管，目的在于將水引到水倉當(dāng)中，進一步增強堵水效果。

（3）堵水成效分析。結(jié)合現(xiàn)場堵水成效來看，+10m中段鉆孔堵水效果大體上符合預(yù)期要求，且根據(jù)現(xiàn)場表現(xiàn)情況來看，并未出現(xiàn)明顯鉆孔坍塌問題。且經(jīng)過一段時間觀察之后，水并未從其他裂隙中涌出或者出現(xiàn)其他問題。最重要的是，各個中段出水量初步得到了控制，且后續(xù)并未出現(xiàn)增加趨勢。從經(jīng)濟效益上來看，利用上述治理方案有效縮短了井下抽水時間，約減少2h，節(jié)省了電費成本。同時，水泵房抽水量也明顯減少，且有效緩解了以往豐水期水泵房運轉(zhuǎn)壓力大的現(xiàn)象。另外，利用套管封堵方式進一步增強了封堵效果以及現(xiàn)場作業(yè)的安全穩(wěn)定性，為礦體開采工作提供了良好的內(nèi)在保障。

5 相關(guān)建議

為確保礦井施工作業(yè)質(zhì)量安全，建議施工單位方面應(yīng)該提前深入礦井施工現(xiàn)場，準(zhǔn)確把握施工環(huán)境情況以及水文地質(zhì)情況等。與此同時，在正式開展礦井施工作業(yè)之前，相關(guān)負責(zé)人員應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)勘察報告，礦井開采現(xiàn)場存在的不穩(wěn)定以及其他風(fēng)險因素問題進行準(zhǔn)確識別與預(yù)防管理。在正式施工作業(yè)期間，全體參建人員應(yīng)該主動承擔(dān)起自身的安全作業(yè)責(zé)任，堅持按照質(zhì)量優(yōu)先以及安全治理的理念原則，貫徹落實現(xiàn)場施工技術(shù)要點以及管理內(nèi)容。除此之外，相關(guān)管理人員應(yīng)該加強對礦井施工作業(yè)現(xiàn)場質(zhì)量問題以及安全問題的管理力度。最好可以按照質(zhì)量管理原則以及安全管理原則，對施工現(xiàn)場可能存在的風(fēng)險問題進行防范處理，以期可以從根本上為礦井施工作業(yè)人員的人身安全以及礦井企業(yè)經(jīng)濟效益安全提供保障。

6 結(jié)論

總而言之，如果不加以提前識別與預(yù)防管理，就很容易出現(xiàn)施工隱患問題。為有效規(guī)避施工隱患問題出現(xiàn)，建議從事于礦井施工現(xiàn)場作業(yè)的相關(guān)人員應(yīng)該主動承擔(dān)起自身的崗位職責(zé)，堅持按照安全治理、有效預(yù)防的原則理念，對礦井施工現(xiàn)場可能存在的風(fēng)險問題以及安全問題進行提前識別與防范管理。并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)險問題及安全問題的具體成因，采取針對性措施加以據(jù)房管理，以期可以從根本上保障我國礦井施工作業(yè)安全。相信在全體人員的不斷努力下，我國礦井施工作業(yè)質(zhì)量將會得到進一步增強。