奧灰水文觀測孔涌漏水治理措施研究

2018-12-01 03:25:42秦利

江西煤炭科技 2018年4期

秦利

（山西高河能源有限公司，山西長治 047105）

1 概述

井下鉆孔較多，包括水文地質鉆孔和瓦斯抽放鉆孔等。由于鉆孔深入巖體中，鉆孔可能導通裂隙水或者含水層，從而引起鉆孔涌漏水，嚴重時影響工作面正常生產［1-3］。國內外許多學者對鉆孔涌漏水治理措施進行了研究，劉伯等人針對馬家溝煤礦鉆孔涌漏水現象，提出了采取注漿措施來封堵鉆孔，并取得了很好的效果［4］。孫尚云等人分析了井下鉆孔突水原因，提出了注漿封堵措施，有效地解決了鉆孔突水危害［5］。陳傳東等人分析了井下鉆孔漏水原因，并提出了高壓動水狀態下將動水注漿變為靜水注漿進行堵水，很好地封堵了鉆孔，降低了施工難度［6］。但是不同礦井水文地質條件不同，其處理措施也存在差異。本人在前人研究的基礎上，針對高河煤礦南翼3#奧灰水文觀測孔涌漏水進行研究提出合理的措施。

2 鉆孔地質特征

高河煤礦南翼3#奧灰水文觀測孔開孔層位為3#煤層直接底板，巖性為深灰-灰黑色砂質泥巖、泥巖及砂巖，含大量植物化石；底部為K7砂巖，與下伏太原組地層呈整合接觸。

南翼3#奧灰水文觀測孔位于南翼輔運大巷與南翼膠帶大巷7#聯巷向南70m處的鉆場內。2013年10月7日開始施工，完工于2014年3月23日。鉆孔孔深409.5 m，一開孔徑Ф168 mm，下入Ф159 mm×8 mm絲扣管20m，固管注水泥0.5t，孔口壓力4 MPa；二開孔徑Ф133 mm，下入Ф127 mm×8 mm絲扣管140m，固管注水泥1.5t，孔口壓力4.5 MPa；三開孔徑Ф113 mm至終孔409.50m為裸孔段。涌水量為12m3/h，水壓1.95 MPa，水位標高為+662.846 m。該鉆孔涌漏水現象較為嚴重。2017年11月25日對該水文觀測孔進行現場實際勘測，該鉆孔孔壁外多處漏水，一級套管和二級套管裂隙漏水較為嚴重，經綜合監測涌水量為15 m3/h。

3 鉆孔涌漏水原因分析

綜合分析南翼3#奧灰水文觀測孔的位置，地層分布情況，結合礦井地質鉆孔可知，井田內有兩層含水層：分別為中奧陶統石灰巖巖溶裂隙含水層和上石炭統太原組承壓含水層。根據2#地質鉆孔資料可知，中奧陶統石灰巖巖溶裂隙含水層在煤層下方距離約43 m，上石炭統太原組含水層在煤層下方距離約75m。根據井田內2001孔的抽水資料：q=0.1098 L/s.m，K=0.3362 m/d，水質類型為SO42-+HCO3-Ca2+·Mg2型；另據井田內1402號的抽水資料：q=2.142 L/s.m，K=15.718 m/d。結合區域和井田資料分析，井田處于區域奧灰巖溶裂隙含水層的逕流區，水質較好，富水性較強，但存在差異性；上石炭統太原組含水層埋藏較深，為碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙巖溶含水層組，為K2灰巖裂隙含水層，厚4.85～9.95m，平均7.12 m，以不規則裂隙為主，方解石脈充填，并在局部地段見有小溶孔。因此，礦井開采時應注意做好防涌水措施。

含水層為鉆孔涌漏水潛在的水源，同時，由于開采引起底板嚴重底鼓，釋放了地應力，引起3#奧灰水文觀測孔的控水套管受擁拉挫位的破壞。2017年11月25日對該水文觀測孔進行現場實際勘測，該鉆孔孔壁外多出漏水，一級套管和二級套管裂隙漏水較為嚴重，經綜合監測涌水量為15 m3/h，具體鉆孔分布情況見圖1。

圖1 鉆孔治理前分布形式

4 鉆孔涌漏水治理措施

南翼3#鉆孔涌漏水現象比較嚴重，簡單地采用孔內下管封閉，和孔壁外帷幕性注漿加固解決不了問題，必須徹底解決底板應力釋放的影響；再是對挫拉斷控水管徹底復原，并讓此孔未來不再發生類似情況。科學建造3#奧灰水文觀測孔底板段高周圈受應力釋放體系影響的安全區域性的緩沖釋放保護空間環體，改良孔口安裝的設施，合理部署常態化。具體治理步驟包括四步：第一步，修復巷道，對巷道底板進行加固，保證鉆孔周邊巷道圍巖穩定，無幫頂虛空等，鉆孔周邊圍巖密實；第二步，清理巷道，對巷道底板處進行夯實，挖好排水溝，鉆探處將浮矸和雜物清理干凈；第三步，鉆孔周圍開挖施工坑，觀察鉆孔涌漏水情況；第四步，進行控水管路換接和注漿加固。

5 施工工藝

利用南翼3#奧灰水文觀測孔區域的現場作為施工鉆場，鉆場要求：

（1）加強鉆場附近的巷道支護，鉆孔周邊頂幫部位錨網支護裱褙密實，杜絕幫頂虛空。

（2）清理巷道、巷底水平夯實，挖好排水溝。（3）鉆探處要徹底清除浮矸、雜物。

5.1 鉆孔治理施工工序

在對巷道底板和鉆孔周邊進行加固并清理后，首先固定鉆機，并進行試運行，做好開鉆前的準備工作；進行鉆孔涌漏水治理，換接控水管和注漿加固。具體過程如下：

（1）鉆機安裝及試運行

鉆機安裝及固定，將作業現場清理平整，檢查巷道支護情況，支護不完好的聯系該巷道負責隊組加固。鉆機運至打鉆準確位置，根據作業現場情況鋪設2～3層道木，道木要鋪設平整，道木必須一層兩根且成“井”字形鋪設，用8#雙股鉛絲捆綁在道木交叉點，捆綁三扣以上或者用耙釘固定，道木所搭設的木垛底座寬度必須多出鉆機寬度300 mm。

利用支護錨索作為起吊點（鉆機總重量為2.93 t，其中泵站0.82t，操作臺0.18 t，鉆機重1.93 t，最大起吊重量為1.93t）。用一臺3 t起吊倒鏈，配合6分鋼絲繩，將鉆機起吊后平穩放在事先敷設好的木垛底座上，并將鉆機調整到施工鉆孔所需方位角。起吊鉆機時，要保證起吊周圍退路通暢。

將鉆機四角分別用單體柱（4000ZDY-401）向鉆機外偏2°～3°頂住巷道頂板打牢，將鉆機四角緊緊壓牢（立柱上段必須用Φ7 mm雙股鋼絲繩所制的護繩將單體柱上端與巷頂的梯子梁捆綁在一起，上端墊好專用墊木，墊木用鐵絲與頂網連接，墊木使用不得超過1塊；支柱用鋼絲繩串聯在一起。打設單體柱時要注意避開瓦斯抽采管路及巷道頂部的管路。用羅盤、坡度規量好方位角、傾角鉆孔定位必須嚴格按照設計要求進行。

本次鉆探使用的鉆機型號為：ZDY-4000S型坑道鉆機，鉆機參數如表1所示。

表1 鉆機參數

按機電部給定的供電系統圖進行接線。嚴格執行停送電制度，驗收合格后方可帶電試運轉，接通電源，試轉電機，注意轉向是否與油泵的要求一致。反復試驗回轉器的前進、后退，以排除油缸中的空氣，直到運轉平穩為止，此時系統壓力不應超過4.5 MPa。檢查各工作機構的動作方向與指示牌的標記方向是否一致，如不一致，應及時調換有關油管（回轉器馬達的正、反轉、前進、后退等）。在試運轉過程中，各部分發現有漏油現象，要及時排除。

（2）綜合治理復原（見圖2）

①圍繞3#奧灰水文觀測孔，開挖長1.3 m、寬1.3 m、深0.8 m的施工坑，以查看水文觀測孔控水管涌漏水的具體狀況。

②關閉原鉆孔出水閥門，拆除排水管路。

③穩固鉆機，打開出水閥門，在套管內下入Φ110 mm應急式止水器至一級套管與二級套管接口下1.5 m處，對鉆孔實施控水封堵。

④利用袖珍式高精度可視探測儀，測定水文觀測孔控水管的錯斷位置及Φ127 mm控水管的內腔變化情況。

⑤使用鉆機設備，用直徑Φ550 mm鉆具套孔至挫斷位置下1 m處。

⑥清理控水管壁外附著物，將施工孔內雜物清理干凈并觀察錯斷位置的具體情況。

⑦利用專用切銑工具逐段切銑提取或研磨上部受損的Ф159 mm、Φ127 mm控水管。

⑧使用專用嫁接設備嫁接安裝Ф159 mm、Φ127 mm控水管至原設計位置并安裝閘閥。

⑨提出Φ110 mm應急式止水器，關閉出水閘閥，觀察鉆孔是否漏水。

⑩鉆孔無漏水現象后方可注漿加固一級套管與二級套管間隙部分。