回采工作面過復雜封閉不良鉆孔綜合探測方法

任金武 張盼

摘要：在威脅煤礦安全生產的隱蔽致災因素中，封閉不良鉆孔導水是其中重要的一項，礦井在勘探期間往往施工有大量的地面鉆孔，其中不乏在封閉過程中由于施工工程質量不合格造成的封閉不良鉆孔，鉆孔穿過層位及封孔深度的不同造成不同的導水危險性，本文就郭村煤礦1204回采工作面過4601封閉不良鉆孔的實際施工經驗，從封閉不良鉆孔危險性評價、探測方法、治理措施綜合闡述分析，提出了回采工作面過復雜封閉不良鉆孔綜合處理措施，為煤礦生產期間過封閉不良鉆孔提供了一定的經驗方法。

關鍵詞：封閉不良鉆孔;鉆孔危險性評價;防治水;探測方法：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)。可采煤層為二疊紀山西組二，煤，傾向北，傾角14°-22°，煤厚0—15.88m，平均厚度3.3m。礦井水文地質條件中等。1204 工作面走向長944m，斜長170m，標高-69m—-135m，采煤方法為走向長壁式、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（相對位置關系見圖2），施工于1959年，資料整理于1970年，由于所在時期歷史原因，鉆孔施T質量較差，為封孔不良鉆孔。終孔孔深392.3m，終孔進入奧陶紀灰?guī)r（02）。根據河南煤田地質二隊編制的生產補充勘探報告的封閉不良鉆孔統(tǒng)計臺賬，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。未對封孔情況進行取樣檢查，封孔質量評價為不合格。

3.水文地質條件

根據4601孔揭露地層信息顯示，鉆孔穿過第四系、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、終孔進入奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r1.06m。

其中鉆孔穿過地層中石炭系上統(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高147.19m～174.99m，單位涌水量0.004L/s.m—0.0143L/s·m，滲透系數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，該層靜止水位標高+ 135.93m-+195.lOm，單位涌水量0.00291Us·m～0.748Us·m，滲透系數2.876m/d。該含水層含巖溶承壓水，富水性中等，富、導水性極不均一。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。礦井主要巷道開拓于Lη灰?guī)r中，若遇構造，極易與上、下含水層發(fā)生水力聯系，將對礦井安全生產構成較大威脅。

終孔進入奧陶系中統(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，該含水層水位標高160.7m～200.4m，該層巖溶承壓水補給條件好，水壓大，富水性強，導水性好，但富、導水性極不均一，與二1煤層間夾有三個隔水層，屬二1煤層間接充水含水層。正常情況下，對開采二，煤層影響不大。若遇構造影響，對礦井安全生產的威脅最大。

4.鉆孔危險性評價

4.1鉆孔充水因素

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

（2）地質構造。能夠造成封閉不良鉆孔導水的地質構造主要有斷層和褶曲，斷層及褶曲發(fā)生的地層中應力集中，斷裂及褶曲面產生的裂隙較多，若封閉不良鉆孔正好位于構造附近或穿過構造區(qū)域，構造又能夠導通含水層水，將有可能造成突水事故，鉆孔與斷裂或褶曲的位置關系是突水危險性評價的判斷依據，距離斷層面和褶曲軸面越近，危險性越大。

（3）采掘影響。參考煤礦開采上三帶、下三帶理論，礦井的采掘活動將造成煤層頂底板的破壞，形成導水裂隙帶，煤層頂底板巖層破壞可能導致其中的地質鉆孔遭到破壞從而形成導水通道，同時也增加了封閉不良鉆孔的導水危險性。

（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)積水雖然動儲量不大，但其巨大的靜儲量和突水時的瞬時水量突人礦井時往往是災難性的。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通，其突水危險性要遠遠大于煤層頂板弱含水層。

4.2危險性評級

綜上所述，封閉不良鉆孔導水危險性評級的影響因素有5個：較強充水水源、較弱充水水源、地質構造、采掘影響、鉆孔水文及封閉情況。綜合考慮這5個影響因素，可將封閉不良鉆孔的危險性進行評級，這里劃分為透水危險、有導水威脅和無導水威脅三類。

由于影響封閉不良鉆孔導水危險性的指標因素較多，且其評價具有非線性、模糊性的特點，因此采用模糊綜合評價的方法對鉆孔危險性進行評價。首先把封閉不良鉆孔導水危險性類型劃分為無導水威脅、有導水威脅和透水危險三類，組成評語集V={V1，V2，V3};評價指標有5個，即強充水水源、較強充水水源、地質構造、采掘活動影響和鉆孔水文及封閉信息，組成評價指標集U={U1，U2，U3，U4，U5}。對于每個封閉不良鉆孔，由于其影響因素的重要性不同，采用分析評價的方法，確定該封閉不良鉆孔的5個指標權重，記為A={a1，a2，a3，a4，a5}，并通過評價指標屬于各評語集的隸屬度R={rl，r2，r3），得到從U到V的評判矩陣，再通過評判集和權重集的乘法運算求出綜合評判向量：

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導水威脅鉆孔、有導水威脅鉆孔和透水危險鉆孔的隸屬度，根據最大隸屬度原則判斷封閉不良鉆孔的導水危險性。根據以上方法評價4601鉆孔為有導水危險鉆孔。

5.采取的探測方法及效果

5.1超前探測

在已知采掘區(qū)域存在封閉不良鉆孔時，掘進及回采前采用超前探測手段對封閉不良鉆孔及附近含水層富水性進行探測，根據探測結果采取相應治理措施。4601鉆孔位于1204 工作面西側邊界，距12輔助下山東幫法線距離lOm，12輔助下山掘進層位為L7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輔助下山掘進前，利用超前探鉆孔對4601鉆孔進行了初步探測，共施工鉆孔4個，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4601鉆孔平面位置，鉆孔施工工藝按照超前探水鉆孔標準執(zhí)行，施工過程中4#孔累計出水量為1m3/h，終孔注漿量3.4t，其余3個鉆孔涌水量最大為6m3/h，鉆探結果顯示掘進前方太原組灰?guī)r含水層富水性較弱，但本次探測鉆孔較少，鉆孔終孔層位較淺，無法具體反映出4601孔水文情況。

為探清4601孔水文情況，在12輔助下山掘進至距離4601鉆孔平面位置法線距離15m時，在巷道迎頭對鉆孔進行了二次探測，本次布置鉆孔6個，圍繞4601孔施T水平探測鉆孔3個（6#～8#），共進尺90m。施工過程幾乎無水。向4601孔深部奧灰含水層探測鉆孔3個（9#、12#、13#），共進尺197m;以上3個鉆孔設計終孔進入奧灰20m-30m，9#孔現場觀察69m進入奧灰，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。根據探測鉆孔施工情況來看，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

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90m，從視電阻率等值線分布規(guī)律可以看出，鉆孔對應30m～70m段位置底板深部電阻率值分布均勻，無低阻異常區(qū)域，底板石炭系、奧陶系石灰?guī)r含水層富水性較弱。

6.結論

對4601鉆孔的探測采取了物探和鉆探相結合的探測方式，探測覆蓋面積均較大，對鉆孔附近含水層的富水性進行了全面的探測，結果顯示鉆孔附近煤層頂底板含水層富水性均較弱，在鉆孔超前探測過程中，已進行注漿封堵，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通發(fā)生突水事故的危險性，二疊系山西組砂巖水可能順封閉不良鉆孔進入工作面，但該含水層富水性較弱，對生產影響不大，可以安全回采。

參考文獻：

[1]任金武.煤礦封閉不良鉆孔評價與綜合處理技術[J].能源與節(jié)能，2014（7）：140-142.

[2]劉德民，尹尚先，連會青.封閉不良鉆孔導水危險性定量評價研究[J].煤炭工程，2014，46（04）：119-121+125