封閉不良鉆孔導水性分析及處理方案

趙從勝 魯 亮

（濟南貝克礦山工程技術服務有限公司，山東 濟南 250031）

山東省七五生建煤礦340采區位于礦井-95m水平的西南部，采區內有各勘探階段施工的鉆孔共20個，其中63-57號孔組（63-57、63-57-1、63-57-2、63-57-3、63-57-4、63-57-5、63-57-6號共7個鉆孔）為1963～1964年施工的水文地質鉆孔。據鉆孔柱狀圖資料，上述鉆孔為抽水試驗主孔及各含水層觀測孔，施工后鉆孔封閉情況資料不全，為防止鉆孔導水危及安全生產，須對上述7個鉆孔進行處理，以消除隱患。

1 63-57號孔組導水性分析

1.1 鉆孔簡況及封孔質量

63-57號孔組位于340采區東北角3401工作面內，地面位置在徐村東北角。該孔組為1963年9月23日～1964年5月6日（詳查階段）施工的水文地質鉆孔，共7個孔，鉆孔情況詳見表1。

63-57號孔組封孔資料不全，通過對鉆孔原始柱狀圖記錄的鉆孔封閉資料時間及鉆孔抽水試驗時間資料對比認為，鉆孔原始柱狀圖記錄的鉆孔封閉資料為鉆孔對抽水段以上地層采用套管封閉時的固管情況，并非對鉆孔的最終封堵處理。分析認為，上述7個鉆孔可能均未進行最終封堵，孔內可能有止水套管或含水層過濾管，但套管下入情況不明。這些鉆孔若不進行處理，受3401工作面采動破壞后可能成為導水鉆孔。

1.2 鉆孔導水可能性分析

63-57號孔組有7個鉆孔，均為水文地質抽水試驗鉆孔，抽水層位自下而上為：奧灰、本溪組十四灰、太原組十下灰及三灰、山西組3煤層頂部砂巖、第四系下部砂層和上部砂層（表1）。鉆孔終孔于三灰底板以下的有5個孔，終孔于山西組頂部風化層的1個孔，終孔于第四系上含水層組底的1個孔。這些鉆孔將可能以下面兩種形式向礦井充水。

（1）含水層水相互連通向礦井充水

煤層開采后，地表沉陷，巖層在水平及垂向上都將發生斷裂、位移，鉆孔封閉止水的套管及孔壁發生變形，局部甚至出現斷裂，套管失去止水作用，不同含水層水通過鉆孔相互連通，并通過鉆孔向礦井充水。

（2）地表水泄漏

各鉆孔均為抽水試驗孔，其終孔層位均為含水層段。抽水段頂部至地表一般為套管止水，含水層段（抽水試驗段）均為裸孔。340采區開采后，預計地表將塌陷積水。當鉆孔被積水淹沒后，地表水可能通過鉆孔向含水層和礦井不同程度地直接充水。

表1 63-57號孔組基本情況表

2 63-57號孔組隱患處理方案

根據以上分析，63-57號孔組水害隱患重點是鉆孔在采動作用下將地表水、第四系水、奧灰水導入采掘工作面及采空區，威脅上、下組煤安全生產。針對目前井上、下現狀，可供選擇的水害隱患處理方案如下。

2.1 地面啟封（方案一）

從63-57號孔組結構及終孔層位分析，除終孔于第四系上組的63-57-6號孔不受開采影響而向礦井充水外，其余6個鉆孔由于各鉆孔從抽水段均直通至地表，所以各孔均需全孔進行封閉處理。施工順序：首先施工63-57號奧灰鉆孔，而后按孔號由小到大依次施工。

2.2 井下探巷找孔封堵底部導水段（方案二）

當地面啟封沖（投）孔達不到孔底時，應首先將全部鉆孔第四系孔段封閉，以防止地表水及第四系水沿鉆孔進入井下，然后對重點鉆孔采用井下探巷找孔，封堵底部導水孔段。

（1）井下封堵鉆孔的確定

63-57號孔組處3上煤層底板標高約-75m。據QW06-1號孔觀測資料，奧灰水位標高-107m、十四灰水位標高-94.49m，均低于3上煤層底板標高。因此，本溪組灰巖及奧灰含水層水對3上、3下煤層開采一般不構成威脅，但威脅下組煤開采，所以井下需處理63-57和63-57-1號孔。

（2）施工順序

為確保探巷施工安全，探巷施工前在3401運輸巷向鉆孔附近進行富水性探測，探明63-57號孔組附近巖層富水情況。如物探解釋孔組附近巖層富水，則應采用鉆孔探放。鉆孔封堵施工順序為先施工63-57號孔，后施工63-57-1號孔。

2.3 井下探巷找孔分段封堵導水孔段（方案三）

當地面啟封不能實施時，為防止地表水、第四系水沿鉆孔導入井下及奧灰水沿鉆孔向工作面充水，可采用井下探巷找孔，分段封堵導水孔段。需處理的鉆孔有：63-57、63-57-1、63-57-2、63-57-3和63-57-4號孔。其中63-57和63-57-1號孔除需封堵3上煤層以上孔段外，還應對3上煤層以下孔段封閉，其余鉆孔只需封堵3上煤層以上孔段。

鉆孔封堵施工順序為先施工63-57-4號孔，而后依次施工63-57-3、63-57-2、63-57-1、63-57號孔。核定上述5個鉆孔孔位后，從3401運輸巷開門施工探巷。首先尋找63-57-4、63-57-3和63-57號孔，而后退至63-57-4號孔處開門繼續尋找到63-57-2和63-57-1號孔后停掘。

2.4 留設防隔水煤（巖）柱（方案四）

（1）63-57號孔組孔位范圍確定

分析認為，63-57號孔組（7個孔）中，63-57-6號孔為第四系上組孔，對礦井開采無影響，因此，防隔水煤（巖）柱留設只需考慮其余6個鉆孔。根據鉆孔柱狀圖提供坐標，63-57號孔組范圍東西向長34.88m，南北向寬27.37m。

（2）防隔水煤（巖）柱留設尺寸計算

按照鉆孔導水水源分析，地表水和底板奧灰水為主要防范對象，按照《煤礦防治水規定》附錄三之二中保護通水鉆孔防隔水煤（巖）柱的留設辦法計算。計算公式如下：

式中：

L-防隔水煤（巖）柱留設的寬度，m；

K-安全系數,一般取2～5；

M-煤層厚度，m；

P-含水層水頭壓力，MPa；

Kp-煤的抗拉強度，MPa。

根據計算結果，考慮鉆孔有一定的斜度（無鉆孔測斜資料），建議開采3上、3下煤層留設防隔水煤（巖）柱寬度40m（以每孔中心為圓點，40m為半徑劃圓，以5個鉆孔圓的外括線的圓滑連線），開采16煤層留設防隔水煤（巖）柱寬度25m。

3 結語

上述四種處理方案中，方案一簡便易行，堵水效果好。方案二實質上是井上、下相結合，綜合治理鉆孔導水隱患的方案，即地面啟封鉆孔沖（投）孔未到終孔深度，只能封堵第四系孔段；為防止鉆孔將開采煤層底部含水層，特別是奧灰水沿鉆孔導入采煤工作面而采取的第二步施工方法；該方案技術上可行，治理效果好，但施工環節多。方案三為井下探巷找孔，分段封堵導水孔段，該方案施工環節多，技術難度相對較大，費用較高，工期最長。方案四是以上方法均無施工條件而不得不采取的方法，技術上可行，但經濟上不合理。

綜合考慮以上幾種處理方案，本文推薦方案一，如地面啟封未達到鉆孔終孔深度，則采用方案二，即地面啟封及井下探巷找孔封堵底部導水孔段的方法處理。