關于水文觀測鉆孔施工技術的經濟研究與應用

[摘要]礦井采用兩斜井一立井混合開拓，主要開采二1煤層，一級提升落底標高+88m，二級提升落底標高-150m，開采方法為雙翼開采，采用綜合機械化采煤方法，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巖含水層涌水，水文地質條件為中等類型。

[關鍵詞]探水；鉆孔；技術；設計

[DOI]1013939/jcnkizgsc201730239

1礦井地質情況

11含水層

①寒武系上統白云質灰巖含水層（Ⅰ）：以崮山組白云質灰巖為主，區內共有十四孔見該層灰巖，區域侵蝕基準面以上發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石炭系上統太原組上段灰巖含水層（Ⅱ2）：由L11—L8等四層石灰巖組成，據礦井范圍內內揭穿該層的鉆孔統計其平均厚度1347m，其中L9與L8兩層灰巖全區穩定發育。③下二疊統山西組砂巖裂隙含水層組（Ⅲ）：一般由3～12層細中粒砂巖組成，總厚968～5947m，平均3085m，淺部風化裂隙較發育，為含水層的相對強富水部位，向深部富水性變弱至極弱。

12主要隔水層

礦區內各含水層之間賦存有良好的相對隔水層，正常情況下，可起到隔水作用。除二疊系地層中層數眾多的泥巖、砂質泥巖外，二1煤底板有三個隔水層組，隔水性能不一，現分述如下。①太原組上段頂部隔水層：太原組L9灰巖至二1煤底板之間的泥巖、砂質泥巖及粉砂巖，沉積不穩定，厚度19～2961m，抗拉強度一般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巖之間的鋁土質黏土巖，厚211～1029m。據一礦區內鉆孔資料，該隔水層厚度一般較薄。

2鉆孔設計方案

21方案設計目的、原則

本次在23采區內-140m回風石門延伸設計1個水文觀測孔，觀測云蓋山斷層下盤寒武系灰巖含水層，二1煤層至寒武系灰巖含水層之間由針對寒武系灰巖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。為進一步查明寒灰水的富水性、準確掌握23采區二1煤層距寒灰間距，并對寒灰水位做到及時觀測，以指導礦井防治水工作，根據礦研究決定在23采區-140m回風石門延伸邊坡點硐室內施工水文觀測孔。

為節約進尺，降低施工成本，并最大限度減少周圍巖層變化對鉆孔造成的影響，提高鉆孔使用年限，設計盡量以立孔鉆進，同時為防止各含水層之間人為的鉆孔溝通，設計使用二級套管，太灰上下段含水層全段套管并管壁注漿封閉。

22鉆場設計

鉆場使用原-140m回風石門延伸變坡點處的硐室，在硐室內施工一4500mm×2000mm×300mm的鉆機平臺，位置靠硐室上幫。

23鉆孔設計

本次設計水文觀測鉆孔1個，G5鉆孔傾角-45°，距幫1m，與中線夾角29°31′12″，設計深度90m左右，一級孔徑Ф168mm，下入Ф146mm套管10m，主要用作保護孔壁及太灰中上段少量出水時的封堵；二級孔徑Ф133mm，下入Ф108mm套管42m，主要對太灰中下段進行阻隔；三級孔徑Ф94mm，孔深90m，終孔層位為進入寒灰以下40m左右。

24設備選型

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

3鉆孔施工工藝

31鉆孔施工

本次設計水文觀測鉆孔1個，G5鉆孔傾角-45°，距幫1m，與中線夾角29°31′12″，設計深度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，對套管進行固管時有必要需要進行大量注漿。

（1）封套管采用管壁埋設四分注漿管，內返漿循環注漿方式，水泥漿濃度1∶16～18，孔口和四分注漿管都設閘閥，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號不低于425#的水泥與35～42°Be規格的水玻璃。

（3）注漿壓力應為靜水壓力的2～3倍，該區靜水壓力為188MPa左右，考慮注漿管的承壓能力，注漿終孔壓力應達到6MPa，持續時間25分鐘。

（4）耐壓試驗以鉆孔無出水現象為封孔合格，否則必須重新透孔注漿進行封閉。

（5）在水文觀測鉆孔施工過程中，若未打到設計下套管的深度，出現涌水，則停止鉆進，進行注漿封堵，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計含水層。

4鉆孔施工技術要求

（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）本次設計打壓試驗壓力為6MPa，穩定時間25～30分鐘，以孔口周圍無滲水現象為孔口管固定合格；否則重新進行封孔，并再次進行耐壓試驗，直至達到設計要求為止。

（3）認真做好現場記錄，準確記錄各出水層位的初始水量、最大水量、穩定水量和水壓、巖層層位、巖性、換層深度等，以便于收集，分析資料。

（4）施工時提前對-140m回風石門內的水溝進行清淤，保證水溝暢通，保證-150m水倉容量和排水能力要達到設計要求。

（5）防止鉆孔塌孔及縮徑措施：①對于下套管地帶盡量巖芯管施工；②對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。

（6）施工過程中要認真執行鉆孔防斜措施，鉆孔結束后要由生產科組織有關人員進行驗收，并填寫驗收單。

（7）鉆孔終孔標準：G5孔為觀測寒武系灰巖水文觀測孔，終孔層位為進入寒灰以下40m左右。

（8）施工結束后，根據鉆探記錄情況繪制鉆孔實際地層柱狀圖。

5防突水

在鉆進工程中若出現巖松軟、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，應當立即停止鉆進，先不要拔出或搖晃鉆桿，要設法固定牢固并將鉆機及其他電氣設備斷電，及時按照避災路線組織施工人員立即撤到安全地區，然后及時向礦調度室和有關科室匯報，聽候處理。

6其他

未盡事宜執行《煤礦安全規程》等有關規定。

7災害應急原則及避災路線

71災害應急原則

（1）打鉆地點出現電器設備故障引起的火災時，施工人員應立即組織現場人員撲滅火源，并將火勢情況報礦調度和隊值班人員，如火勢增大無法控制時，應立即組織人員撤離災區。

（2）打鉆過程中發現附近瓦斯突然增大、頂鉆或鉆孔中水壓、水量突然增大等異常情況時，須立即停止鉆進，不準拔出鉆桿，盡快將鉆具固定，并立即將異常情況向調度匯報，同時派專人監測。發現情況危急時，必須立即撤出受威脅地區域人員撤到安全地點。

72避災路線

出現火災，災情無法控制時，遇險人員應選擇最近的路線撤離到地面。要盡快進入進風側或新鮮風流中。

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