超大流量高壓斷裂水文孔封堵技術研究

李磊

【摘 要】焦作礦區地質條件復雜，煤礦水害較嚴重，斷裂水文孔也是礦井水害的一個誘因。斷裂水文孔由于直接揭露含水層且其與含水層聯系較好，往往成為含水層水進入礦坑的良好人工通道，因此造成礦井突水危險性大，為解決失控水文孔問題需要采取注漿加固措施。九里山礦西五橫貫斷裂水文孔，孔壁多處斷裂，涌水量約4.5m3/min，此類事故斷裂位置難以精確、底鼓突水點難以控制、補給源水量充分等治理難點。本文采用下引管尋找斷裂套管位置、在水文孔周邊施工加固孔進行注漿、施工泄壓鉆孔孔底注漿三種方法進行封堵，有效封堵了斷裂水文 鉆孔，減少了礦井的涌水量。該封堵方法對于礦井的水害防治工作有很高的實用價值。

【關鍵詞】斷裂水文孔;封堵;治理方案及實施

中圖分類號： TD74文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）35-0229-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.112

Study on the Sealing Technology of Hydrologic Hole in the Fault with Very Large Flow and High Pressure

LI Lei

（Jiulishan mine， Henan Jiaozuo 454000， China）

【Abstract】The geological conditions in Jiaozuo mining area are complex， and the water damage in coal mines is serious. The fracture hydrology hole is also a cause of mine water damage.Due to the direct exposure of the aquifer and its good connection with the aquifer， the fractured hydrological hole often becomes a good artificial channel for the aquifer water to enter the pit. Therefore， the mine has a high risk of water inrush. In order to solve the problem of uncontrolled hydrological hole， grouting reinforcement measures are needed.The Jiulishan Mine has a cross-fracture hydrological hole in the west and a large number of fractures in the hole wall. The amount of water inflow is about 4.5m3/min. It is difficult to accurately locate such accidents， it is difficult to control the bottom blowout point， and the source water supply is sufficient.In this paper， the lower casing is used to find the position of the fracture casing， the construction of the reinforcement hole around the hydrological hole for grouting， and the construction of the pressure relief borehole grouting three methods for sealing， effectively blocking the fracture hydrological drilling， reducing the mine the amount of water inflow.The plugging method has high practical value for the prevention and control of water damage in mines.

【Key words】Fracture hydrographic pore;Block;Management plan and implementation

0 引言

焦作礦區受底板水威脅嚴重，底板含水層突水是礦井涌水的主要來源之一[1]。由于斷裂水文孔可以直接揭露含水層且其與含水層聯系較好，是含水層水進入礦坑的良好人工通道，從而造成礦井突水，目前國內對斷裂水文孔突水治理主要采取井下注漿封堵的方法，但由于鉆孔斷裂位置、斷裂次數等難以確定，施工位置不當會造成突水點擴大、增多，因此治理時施工非常困難[2-7]。

目前國內外學者對底板含水層突水危險性研究，主要是針對非注漿改造工作面[8-10]。許延春、李江華等對注漿加固工作面突水原因進行分析，并劃分了易突水區域[11];李見波等[12]對工作面底板巖體進行分級，構建了注漿加固工作面底板突水“孔隙-裂隙升降型”力學模型。九里山礦西五橫貫斷裂水文孔，孔壁多處斷裂，涌水量約4.5m3/min，根據附近水文觀測孔推測該處L8灰巖含水層水壓約2.6MPa、L2灰巖含水層水壓約2.9MPa。治理時極易引起巷道底鼓造成由一個突水點變為多個突水點。實施了超大流量高壓斷裂水文孔封堵技術應用，通過對該技術的應用可以實現對斷裂水文孔突水進行快速、有效的治理，降低礦井涌水量，減少礦井排水費用，提高礦井生產效益。對快速、有效治理斷裂水文孔突水的研究工作具有重要的指導意義和推動作用。

1 研究區背景

1.1 位置條件

該礦西軌道運輸大巷與西流水巷第五橫貫放水孔位于礦井西翼一六采區軌道口以東，馬坊泉斷層以北。分別施工了1號孔和2號孔，1號孔孔口標高-218.3m，放水孔，終孔至L8灰巖含水層底部，2號孔為供水孔，2號孔終孔至L8灰巖含水層底部。

1.2 水文地質條件

該地區水文地質條件極為復雜，位于14采區深部強含水層導水裂隙帶上，L8灰巖含水層受深部L2、O2灰巖含水層補給，水量大、水壓高且補給充沛。其中1號孔中的套管在5.6米處斷裂，形成人為導水通道，涌水量約4.5m3/min，根據附近水文觀測孔推測該處L8灰巖含水層水壓約2.6MPa、L2灰巖含水層水壓約2.9MPa。

1.3 鉆孔施工情況

該礦一六采區共施工兩個放水孔，分別為1號孔和2號孔。1號孔孔口標高-218.3m，采用二級套管結構，φ108套管長約39m，至二1煤層底部。由于1號孔內充滿巖石碎塊，無法正常鉆進，故放棄對該孔封堵。后來在1號孔東部約2m處又施工了一個供水孔（2號孔）。2號孔終孔至L8灰巖含水層底部，采用二級套管結構，φ146套管長約39m，至二1煤層底部;φ108套管長約50m，至L9灰巖底部。2號孔施工結束后，與1號孔連通情況良好，對1號孔起到很好的泄壓作用。

2 斷裂水文孔封堵情況及失敗原因分析

2.1 斷裂水文孔封堵情況

為了對1號孔進行封堵，采用在該孔周圍布置淺孔加固圍巖的辦法，在1號孔周圍挖深1m、直徑約1m的坑，鋪上鋼筋網，再用混凝土壓實，待凝固后施工4-16m深的注漿鉆孔，對圍巖進行加固。在采取措施后對1號孔進行試關，但當孔口壓力升至2.0MPa時，壓力消失，說明孔壁或圍巖斷裂，本次圍巖加固施工失敗。

2.2 封堵失敗原因分析

在1號孔封堵失敗后，用鉆機對該孔進行透孔時發現φ108套管在5.6米錯斷，斷裂處上段與下段完全錯開，發現孔內充滿巖石碎塊，在透孔過程中巖石碎塊隨鉆頭轉動，只透20米再也無法鉆進。經過對失敗原因的分析認為由于該處水壓較高（2.6MPa）、水量較大（4.5m3/min），在關閉1號孔時圍巖無法抗住壓力，造成巷道圍巖開裂。

3 治理工程方案及實施

3.1 治理方案

水文孔封堵難點有：圍巖比較破碎，且孔內充滿巖石，該處水壓2.6MPa，突水點出水量大，達4.5m3/min，給封堵帶來很大困難。為確保本次水文孔封堵成功，根據該地區水地質條件及文地質條件的復雜性，制定以下三個方案：

方案一：首先以2號孔為泄壓孔，對1號孔進行封堵;待1號孔封堵成功后，封堵2號孔。

方案二：方案1如處理1號孔失敗，通過2號孔注沙、石子、海帶等骨料對1號孔進行封堵。

方案三：（1）在1、2號孔附近適當位置重新施工一個L8灰巖含水層孔（3號孔）。（2）以2號孔為泄壓孔，對1號孔進行注骨料封堵，封堵1號孔后再處理2號孔。

方案四：在方案三的基礎上，對3號孔進行反復壓水-放水，降低突水點壓力。重新對3號孔注入骨料，經過持續不斷的注入骨料，直至1號孔水量無水。

3.2 治理工程方案實施

3.2.1 方案實施

在方案一實施過程中，由于該處水壓比較大，在關閉1號孔時僅以2號孔泄壓無法滿足泄壓要求。同時由于鉆孔涌水量大，巷道排水能力不足，造成巷道圍巖開裂。故方案一無法順利實施。據此，決定直接采用方案三，即：施工3號孔，以1、2號孔為泄壓孔，通過3號孔對1、2號孔進行注漿封堵。

首先要進行3號鉆孔的施工，待完成時，發現2號孔水量明顯減小，1號孔水量相對也有所下降，說明三個鉆孔聯通情況良好。由于鉆孔涌水量大，故用“骨料”進行封堵。通過在井下使用骨料器向3號孔注骨料（鋸末、刨花、沙子、石子、海帶），隨著注漿量的逐漸增大，2號孔水量迅速減小，很快被封堵，但1號孔卻沒有明顯的變化，且3號孔注骨料時孔內壓力不斷升高，有壓不進骨料的趨勢，水量達到驚人的6.5m3/min，其噴出水柱水平距離達15m。

通過上述方案實施情況，說明該區域含水層巖石極為破碎，已不能有效承壓，且突水量很大，封堵難度太大。由于上述3個方案均堵水失效，故采用方案四，通過反復壓水-放水，直至孔內不再噴出巖塊。重新對3號孔注入骨料，且將注漿壓力由4.0MPa增大至6.5MPa。經過持續不斷的注入骨料，1號孔水量終于逐漸減小直至無水。而后通過地面注漿系統對3個鉆孔進行徹底封堵。

3.2.2 封堵方法

本次施工采用了下引管尋找斷裂套管位置，進行大直徑套管連接斷裂套管;失控水文孔周邊施工小直降注漿加固孔進行注漿，使斷裂套管與周圍巖體固結為一個整體和施工泄壓鉆孔孔底注漿三種方法進行封堵，通過該三種方法的實施，最終利用泄壓鉆孔注漿達到了失控放水孔封堵的目的。

4 封堵效果

利用失控水文孔處理技術，可以快速對水文孔進行封堵，不但解決了快速、有效的治理由于人為原因造成的礦井涌水難題，而且減輕了礦井水倉容量壓力，經濟效益和技術效益都可觀，其技術水平可以達到國內同類技術先進水平。

5 結論

（1）1號水文孔的封堵按照設計先探孔、掃孔，根據探測的斷裂套管位置，在1號孔周圍注漿加固孔，隨后施工2號孔和3號孔進行泄壓，然后在注漿，完成了1號水文孔封堵。

（2）高壓斷裂水文孔的封堵對不僅減少了礦井的涌水量，節約排水費用，而且對封堵類似失控水文孔提供了理論指導資料。

【參考文獻】

[1]許延春，李江華，劉白宙.焦作礦區煤層底板注漿加固工作面突水原因與防治[J].煤田地質與勘探，2014，42（04）：50-54.

[2]許延春，李見波.注漿加固工作面底板突水“孔隙-裂隙升降型”力學模型[J].中國礦業大學學報，2014，43（01）：49-55.

[3]彭海斌.封閉不良鉆孔的突水危害及治理研究[J].能源與節能，2019（06）：64-65.

[4]郭斌杰.李雅莊礦大斷層注漿堵水技術應用研究[J].山西焦煤科技，2017，41（Z1）：163-165.

[5]王強.常德青峰煤礦地面鉆孔注漿堵水實踐[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，38（10）：63-65.