礦井坑內鉆探涌水原因分析及其治理

詹 濤

（云南地礦建設工程有限責任公司，云南 昆明 650000）

1 某礦區水文地質特征分析

某礦區斷層與溶洞比較發育，且區內存在可溶巖，主要以石炭系上統船山組、二疊系下統棲霞組為主。因礦區現場受斷層以及巖體切割作用明顯，導致可溶巖破碎問題明顯且連續性表現較差。與此同時，斷層破碎帶附近溶洞發育比較強烈，結合現場水文地質勘察情況上來看，部分斷層附近溶洞發育表現強烈且規模較大。在形成與斷層走向方面基本上可以視為一致狀態，如均為長條形溶洞發育密集帶。其中，在寬度表現方面，介于300m～500m之間。在特點趨向上，主要表現為隨著與斷層距離增大而不斷減弱。除此之外，可溶巖上部巖溶發育程度相對比較強烈[1]。

根據水文地質勘察報告來看，全區共有59個鉆孔揭露溶洞。在溶洞主要發育位置上基本聚集于可溶巖頂部位置。從具體表現上來看，該部位整體溶洞發育表現強烈，且規模相對較大。從礦床上來看，主要含水層具有風化以及構造裂隙特征，同時還兼具巖溶承壓水特征。不難看出，該礦床富水性不均、且在充水條件表現方面多以明顯分區以及分帶特點為主。再加上礦區現場水文地質條件表現復雜，對圍巖穩定性造成了不良影響。舉例而言，對于半風化中等堅硬巖組以及可溶巖組而言，因其長期位于地下水位及以下位置，容易對軟弱巖組穩定性產生不良影響。

2 突水情況研究

（1）坑內鉆勘探設計。結合勘探線剖圖來看，鉆孔CK702與CK703在水平標高的一段距離中可明顯看見礦層，其中，礦層約為2m～3m。同時，111#礦體的333級儲量接近3萬噸。在進行掘進采切工作時，現場作業人員在+10m中段的鉆孔位置處布設了一個探礦井。在探礦井的規格制定上，為19m。這19m部分穿過圈定好的礦體標高，但是并未揭露礦體。

且在探礦井巖性表現上，均以灰巖為主。為進一步加強對111#礦體的探明與分析，以及更好地完成現場施工作業，現場作業人員需要結合現場施工環境情況，對坑內鉆探工藝進行合理規劃與設計。在工作面的確定上，主要將其位置設置在+10m中段的西部位置，孔深長約為25m[2]。

（2）坑內鉆透水實況分析。結合現場實際情況來看，鉆探實際施工長度約為21m。其中，巖心未見礦體。與此同時，當現場作業人員施工到18m位置處逐漸開始出現出水現象。此時鉆孔距離斷層還有一定長度，約為33m。同時，該位置處施工作業并未穿過圈定礦層位置。也就是說，鉆孔涌水量還是處于可控制范圍內，基本上不會對施工作業造成不利影響。但是需要注意的是，當現場作業人員打到21m位置處時，該處水壓明顯加大，并且產生卡鉆現象，導致現場作業人員無法繼續開展施工作業活動。最重要的是，施工作業無法穿過閃長玢巖，且難以見到礦體，迫不得已停止施工。而當鉆孔經過一個月的放水處理之后，涌水量逐漸趨于穩定化發展。此時，現場作業人員對鉆孔涌水量進行了測算分析，數值為45.83m3/h，在水壓數值方面約為10MPa。

（3）涌水原因分析。為及時明確礦井坑內鉆探涌水原因，現場作業人員主動結合原有地質資料進行了重點研究與分析。根據分析反饋情況來看，F29斷層與孔位距離約為50m，在25m進尺位置處，坑內鉆有25m左右隔水柱。以此可以判斷出，約在18m～21m位置處存在111#磁鐵礦礦層。結合原有剖面圖來看，原計劃預計在18m位置處會打到礦層。但是結合實際情況來看，在18m位置處存在閃長玢巖問題，并存在出水現象。且在21m進尺位置處，雖圈定礦層單位見到礦體。結合上述內容，不難看出，鉆孔CK702閃長玢巖巖脈出現延生現象，并經過發展穿過111#礦體。同時，開采現場斷層中部富水性整體表現良好，而其余地段以及淺部位置在富水性方面表現較弱，因此導水斷層具有導水性不良的特點。從客觀角度上來看，斷層的富水性與兩側附近巖性的風化程度以及裂隙程度之間存在密切關系。

舉例而言，如果斷層富水性表現良好，則鉆孔遇到破碎帶漏水問題的概率也會隨之增加，反之則相反。探礦井位置主要位于坑內鉆探礦區域，經施工作業活動之后未見水出現。同時，CK703鉆孔也未見出水問題。由此不難看出，探礦井區域炎性表現較為穩定，基本上無任何破碎帶問題出現。結合鉆孔實際情況來看，經一段時間觀察之后出水量并未減小，甚至偶爾會存在渾濁泥漿水問題。綜合上述情況來看，以上分析所顯示的坑內鉆水主要為常流水。究其原因，主要是因為閃長玢巖與F29斷層之間存在溶洞相通關系。且地表水容易通過溶洞進入到F29斷層當中。在具體操作處理過程中，建議現場作業人員應該對該位置進行封堵處理，以免對后續施工作業安全造成不利影響。

3 合理確定治理方案

因坑內存在大量水涌出問題，導致-20m終端水倉蓄水實踐明顯縮短，如果不加以及時處理，不僅會增加抽水電費，同時也會導致+10m中段以下位置的礦體難以正常開采并利用。嚴重時，甚至會影響地質勘探設計方案的實施效果。針對于此，建議相關管理人員必須結合現場實際情況，部署科學、合理的綜合治理方案，以減輕坑內鉆探涌水帶來的危害影響。其中，在綜合治理方案的確定上，現場作業人員應該充分意識到涌水坑內鉆是唯一的出水點。也就是說，在治理方面作業人員應該對該位置涌水鉆孔進行封堵處理。究其原因，主要是因為坑內鉆出水量較大，水位差會促使壓力形成。其中，水壓約為10MPa，基本上可以滿足打鉆用水需求。如果施工處理過程中無法充分堵好，現場作業人員可通過利用軟管等方式將其引入到水倉當中進行安全應用。或者是將軟管與供水系統連接使用，為下個中段提供打算用水。結合現場巷道位置以及施工需求情況來看，作業人員主張利用套管堵疏結合治理方案進行針對性處理。

4 鉆孔堵水工作要點及流程分析

（1）科學選擇材料。為確保鉆孔堵水作業效果得以達到預期，現場作業人員應該對鉆孔堵水材料的應用問題予以高度重視。在開展鉆孔堵水作業之前，現場作業人員應該根據礦井生產現場實際需求，選擇合適的堵水材料進行安全應用。結合現場應用反饋情況來看，作業人員主張利用45#巖心去芯管進行接箍處理；46#巖心去芯管進行接箍處理；利用膨脹螺桿、夾板等輔助材料。在材料應用過程中，現場作業人員需要根據進尺及出水位置情況，對巖心去芯管接箍的鉆桿口徑進行合理確定。除此之外，在打鉆過程中。如果存在外徑不斷摩擦問題或者鉆徑變大問題，現場作業人員可利用巖心去芯管針對外壁位置進行水堵處理。結合現場檢驗情況來看，雖然水中含有少量腐蝕物質，但是大體上不會對巖心去芯套管壽命產生不利影響。為進一步增強出水口的安全性，現場作業人員主張利用不銹鋼閘閥進行針對性處理。必要時，也可以通過加固錨桿以及安全警戒方式避免套管脫落問題出現。

（2）堵水處理流程。在堵水處理工藝的落實方面，建議現場作業人員可以從以下幾個方面進行貫徹與落實。

一方面，現場作業人員應該在開展堵水處理作業之前對巷道進行清理。其中，要重點針對巷道以及鉆場頂板邊幫段進行嚴格檢查，確保施工條件滿足規范要求之后，再開展施工作業活動。在前期準備期間，作業人員應該在涌水鉆孔的水平位置處的一段距離內，做好錨桿眼的施工處理。其中，在深度控制方面應該為50mm。需要注意的是，在此過程中，作業人員應該利用坑內鉆機對涌水鉆孔進行清理處理。這樣做的主要目的在于防止孔內存在堵塞現象。另一方面，在施工操作過程中，現場作業人員應該將葫蘆綁在錨桿位置上，并將45#巖心去芯管（接箍）按照一定的順序要求送入到鉆孔位置當中。同時，在鉆孔口部2m位置處，作業人員可以利用45#與46#巖心去芯管相接的方式進行針對性處理，以保障巖心去芯管外壁水密封效果得以全面深化。最后，借助不銹鋼閘閥與46#巖心去芯管連接的方式，保障閘閥鎖緊效果。需要注意的是，如果上述操作方法無法緩解出水壓力或者難以達到預期的堵住效果，建議作業人員可以酌情打開閘閥連接套管，目的在于將水引到水倉當中，進一步增強堵水效果。

（3）堵水成效分析。結合現場堵水成效來看，+10m中段鉆孔堵水效果大體上符合預期要求，且根據現場表現情況來看，并未出現明顯鉆孔坍塌問題。且經過一段時間觀察之后，水并未從其他裂隙中涌出或者出現其他問題。最重要的是，各個中段出水量初步得到了控制，且后續并未出現增加趨勢。從經濟效益上來看，利用上述治理方案有效縮短了井下抽水時間，約減少2h，節省了電費成本。同時，水泵房抽水量也明顯減少，且有效緩解了以往豐水期水泵房運轉壓力大的現象。另外，利用套管封堵方式進一步增強了封堵效果以及現場作業的安全穩定性，為礦體開采工作提供了良好的內在保障。

5 相關建議

為確保礦井施工作業質量安全，建議施工單位方面應該提前深入礦井施工現場，準確把握施工環境情況以及水文地質情況等。與此同時，在正式開展礦井施工作業之前，相關負責人員應該根據地質勘察報告，礦井開采現場存在的不穩定以及其他風險因素問題進行準確識別與預防管理。在正式施工作業期間，全體參建人員應該主動承擔起自身的安全作業責任，堅持按照質量優先以及安全治理的理念原則，貫徹落實現場施工技術要點以及管理內容。除此之外，相關管理人員應該加強對礦井施工作業現場質量問題以及安全問題的管理力度。最好可以按照質量管理原則以及安全管理原則，對施工現場可能存在的風險問題進行防范處理，以期可以從根本上為礦井施工作業人員的人身安全以及礦井企業經濟效益安全提供保障。

6 結論

總而言之，如果不加以提前識別與預防管理，就很容易出現施工隱患問題。為有效規避施工隱患問題出現，建議從事于礦井施工現場作業的相關人員應該主動承擔起自身的崗位職責，堅持按照安全治理、有效預防的原則理念，對礦井施工現場可能存在的風險問題以及安全問題進行提前識別與防范管理。并在此基礎上，結合風險問題及安全問題的具體成因，采取針對性措施加以據房管理，以期可以從根本上保障我國礦井施工作業安全。相信在全體人員的不斷努力下，我國礦井施工作業質量將會得到進一步增強。