復雜地質條件下鉆孔突水發生機理、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生機理、危害及處理措施

文/苗會明湯陽春

河南煤業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，發現在某些地質條件復雜的區域鉆孔時，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；巖石發育特征是橫向裂隙或縱向裂隙，其中縱向裂隙發育為其主要發育形式，南部采區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，屬斷層發育，巖石塊狀且破碎。

2．鉆孔突水發生的機理

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定。

3．發生鉆孔突水的危害

在復雜地層條件下礦井發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，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，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，對灰巖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：鶴壁濟源礦業有限公司）

（責任編輯：周瓊）