煤矿封闭不良钻孔突水机理及防治对策

封闭不良钻孔突水机理及防治对策某矿井田经过3个阶段地质勘探，共施工212个钻孔。其中，2003年前施 工37个钻孔，2005-2007年施工89个钻孔，2009-2010年9月施工86个钻孔。 由于当时封孔材料计算系数较小、封闭段距确定不科学等方面的原因，多数钻孔 没有封孔检查结果或封孔不合格，致使该井田内钻孔封闭存在严重的问题。精 查地质勘探报告对地质勘探钻孔进行了总结描述：“虽然为封闭质量合格和基 本合格的钻孔，但由于执行制度不严格，个别钻孔材料有浪费现象，用料也无精 确地计算，特别是砂量有时少于设计量，封孔有无人检查验收也未保留砂浆样品， 故开采时应注意防水”。地质报告提供3-26号、3-7号、3-5号孔为封孔合格钻孔，2003年10 月，巷道掘进过程中经过3-26号孔煤：见煤点时，钻孔突水，将泥灰岩水、煤: 煤，地板砂岩水及第四系水导出，最大出水量240m3/h。证明3-26号孔封孔不 合格，2004年2208上顺施工至3-7号钻孔位置揭露该孔，并且漏少量泥浆:2004 年对3-5号孔进行启封，启封过程中钻孔突四系水导出，最大出水量240m3/h， 证明3-26号孔封孔不合格。2004年2208上顺施工至3-7号钻孔位置时揭露该 孔，并且漏少量泥浆：2007年对3-5号孔进行启封，启封过程中钻孔突然大量 漏浆，地表塌陷，巷道从钻孔位置涌入大量水，泥和砂等。启封证明3-5号孔至 少549.32以上未封孔，实践验证地质报告提纲钻孔封孔结论可信度低。2、处理方法及结果(1) 井下处理3-26号钻孔3-26号钻孔的煤：见煤点位于四采轨道下山x号点前：134m，2007年10 月，巷道放炮掘进过程中经过3-26号孔煤：见煤点时，出现钻孔导水，将第四 系水、流砂导出，最大出水量240m3/h，2h后迅速下降到20m3/h，12h后，出水 量下降为8.5m3/h，封堵上部钻孔以后，出水量下降至4.8m3/h，这时出水为2 号煤、3号煤底板砂岩水，在井下迎头出水后，地面3-26号钻孔孔口处出现地 面塌陷，塌陷坑直径约6m，深7.8m，塌陷体积约220m3。井下出水后，经分析研究决定在井下-450m，运输东大巷进行打钻注浆漏水 钻孔，主要目的是封堵包括第四系水在内的2号煤上覆主要含水层水，尽快恢复 巷道施工，研究决定先用单液注浆，如无效果采用双液注浆。水灰比1:1，加5% 水玻璃混合，注水泥1000kg后，出水量减至6m3/h,双液注浆后，在四采轨道 下山测水，3-25号钻孔出水减少到4.8m3/h，双液注浆后地面观2号孔泥灰岩水 位开始回升。通过地面与井下水位的连续观测分析，注浆封堵上部孔段后钻孔出水4.8m3 /h，为2号煤，3号煤底板以下砂岩水，上部钻孔已封住，隔绝了 2号煤顶板以 上含水层水，解除了你灰岩含水层水和第四系水通过钻孔对四采轨道下山的威 胁，观测2孔水位标高已开始回升，四采轨道下山迎头安全通过3-26号钻孔出 水点，过钻孔时顶板无任何出水现象。底板沿3-26号钻孔向上出水，清理泥砂 石证明2号煤上部钻孔井下封堵封孔效果好，过钻孔前后多次测水温为 34.2e ，水温较高，也说明此事出水为2号煤，3号煤底板以下砂岩水。(2) 地面处理3-5号钻孔地面启封3-5号钻孔至549.32时，孔内突然发生严重的漏水，地面开始下 沉，钻塔向东倾斜，塔基处形成了一个直径7.5m，深7m的塌陷坑，水及泥、砂 涌入井下巷道月600m3。3-5号钻孔出水后，研究了两个方案，先执行第一方案，在原孔找不到时采 用第二方案。由于寻找孔口管失败后改用第二方案，首先是在原孔位上施工一个钻孔，由 于塌陷原孔已发生不同程度的位移，扭曲，施工至15m后孔内泥浆不循环，漏水 严重，施工至60.10m终孔，然后向西移5.5m施工第二个孔，孔深26.1m，孔内 泥浆不循环，然后对两孔进行数字测井，并先对3-5-1孔进行了高压注浆隔离第 四系，通过观测两孔的水位变化来监测高压注浆隔离的效果。最后将两个钻孔全孔封闭，经验收钻孔封孔合格。3、封闭不良钻孔漏水机理分析(1) 勘探钻孔封孔存在严重的质量问题，是钻孔导水的主要原因当时技术标准低，泥灰岩、第四系含水层基本没有封闭封孔材料计算系数较小，采用30%系数，按照10m/袋水泥砂浆封闭，封孔材 料用量不足，又未取样检查，质量不清。勘探期间启封证实，按当时标准完全达到封孔合格的不足50%，按现行标准， 原勘探钻孔封孔基本都不合格。原勘探钻孔封孔资料可能有虚假现象，封孔结论可信度低，增加了对钻孔封 闭真实情况客观评价难度，如井下钻孔漏浆，突水、漏砂，3-7号孔、3-5号孔 原封孔结论为封孔合格或基本合格钻孔，实际证实3个钻孔均没有封闭。（2）钻孔导水性分析勘探钻孔都是在12年以前施工的，未封孔段钻孔原泥浆会不同程度的发生 浓缩，少量第四系泥、砂沉淀，钻孔穿过软弱破碎夹层会掉块缩径，甚至发生局 部自然封堵等现象，这就大大降低了封孔不合格钻孔导水的性能但应该强调指 出，这种钻孔泥浆浓缩、泥砂沉淀，甚至钻孔自然缩径，局部封闭现象存在，其 自然封堵强度时极低的，其封堵能力是脆弱的，由于钻孔自然封堵物含水率极高， 在放炮等震动条件下极易产生液化现象。一旦具备液化和释放空间，将导致钻孔 突水，漏浆、漏砂事故的发生。该矿井田主要含水层有丰富的第四系流砂含水层和煤系泥灰岩中等含水层， 第四系含水丰富且与地表水有直接水力联系：煤系泥灰岩中等含水层水以静储量 裂隙含水为主，赋水性不均一，主要受构造、沉积环境控制。因此，对可能漏水 钻孔的处理主要是对第四系，泥灰岩两个含水层的封堵处理，最为重要的是对第 四系含水层的处理。综采，综放采煤工作由于覆岩超前移动的影响，提前加剧了钻孔缩径、变形， 特别是在软弱岩层孔段，钻孔缩径将更加明显，消弱了钻孔导水性，因此，在综 采条件下，封孔不合格钻孔，一般不会出现突水问题。掘进工作面特别是炮掘工作面，一旦揭露封孔不合格钻孔，具备钻孔自然封 闭物液化和突水条件，导致钻孔突水的可能性增大，综掘巷道钻孔突水可能相对 较小，封孔不合格钻孔突水防治问题，不仅与水文地质条件和钻孔封闭情况有关， 也与采掘工程设计、开采、掘进方式和施工有密切关系。因此，封孔不合格钻孔突水的防治问题要进行具体的综合分析，针对水文条 件，钻孔封孔与采掘工作面位置关系，开采施工工艺灯情况制定的防范措施。（3）封孔不合格钻孔突水机理封孔不合格钻孔的自然封闭物一旦具备震动液化和排放（泥砂）空间，将发 生钻孔突水事故，由于原钻孔封闭物液化产生流体突出，导致孔内产生强大的负 压，使覆岩含水层水和第四系流砂层水、流砂一并溃人井下，产生突水事故。随着大量第四系水和流砂通过钻孔进入井下，流砂层上覆砂质黏土和黏土层 逐渐下沉弯曲。砂质黏土和黏土层逐渐下沉弯曲程度逐渐增大，流砂层水和流砂进入钻孔， 阻力逐渐增大，进入钻孔水，砂量减少，在强大负压作用下，先期塌落砂质黏土 （由于强度低），也与水，砂一并吸入钻孔。由于第四系砂质黏土，黏土层坍塌加重，钻孔吸入砂质黏土和黏土层增多， 水、砂量相对减少，钻孔突出物在钻孔中阻力增大，流速减慢，钻孔相对负压减 少，加上第四系黏土层自然坍塌封堵孔共同作用，最终钻孔成为被第四系砂质黏 土，黏土充填物为自然封闭状态，这些自然封闭物在静态条件下，能够对第四系 水起到较好的封堵作用，但自然封堵钻孔的强度和稳定性不可能很高，能否满足 安全生产要求，还应进一步进行研究。4、防范措施根据（精查地质勘探报告）资料提供，3-7号钻孔、3-5号钻孔、3-26号钻孔 为封孔合格钻孔而钻孔漏水的事实证明：这3个钻孔为封孔，导致钻孔出水，该 井田范围内在矿区普查、详查、精查勘探阶段内施工的钻孔，封孔质量差，封孔 结论可信度低，实践证明仅凭现有（精查地质勘探报告）中提供的资料分析，已 难以确定井田内个钻孔的真实封闭情况，这是当前及今后安全生产的重大隐患， 今后凡井巷工程设计必须避开钻孔煤岩层中对应点10m以上，以防喊道通过钻 孔导致钻孔漏水，如果确实避不开的钻孔，必须诸葛分析钻孔封孔质量情况，对 可能有突水威胁或封孔不合格的钻孔必须重新启封或采取有效防范措施。该井田日前已过钻孔30个，其中回采工作面过钻孔21个，无一孔漏水，分 析原因为工作面回采的超前压力是钻孔发生错动，并使钻孔塌孔、缩径、压实， 工作面回采过钻孔，钻孔不易出现漏水，工作面回采过封孔不合格钻孔，回采前 应进行分析论证，采取安全可靠措施，确保安全生产，否则，将采取地面启封钻 孔的措施。井田内勘探时期施工的钻孔，经过长达20年的时间，虽然钻孔可能会出现 局部缩径自然封闭现象，但这种封闭很脆弱，掘进巷道过钻孔时，放炮产生的瞬 间震动，使钻孔中胶结程度低，含水率较高的钻孔封堵物产生液化，导致钻孔出 水，这就是三软地层巷道过封孔不合格钻孔易发生漏水的主要原因。因此采取井 巷工程设计施工时避开钻孔煤岩层中对应点10m以上，是有效地防止钻孔突水， 防止重大水灾发生的重要措施，如果井巷工程设计施工确实避不开钻孔，必须进 行地面启封工作。这3个钻孔大量漏水和漏泥砂的事实，应引起对原勘探钻孔封孔问题的重 视，但对深度470m软岩钻孔漏水，能将第四系泥砂层溃入井下并使地表塌陷的 机理和条件，尚缺乏深刻的认识和系统的研究，对这一问题的研究解决，有助于 确定有突水、漏泥砂的钻孔对矿井的威胁程度和采取更加经济合理的计算措施。5、开采中注意的安全技术措施：（1）、在做采区巷道之前，必须对设计采区所能影响到的钻孔资料进行查阅， 全面了解钻孔的封闭情况。（2）、对于钻孔资料不详、模糊的钻孔，必须以“封闭不良钻孔”对待，在 设计说明中必须明确提出来，作为视在安全隐患来处理。（3）、在设计中明确告知施工单位，所要揭露的钻孔数量及位置，以及钻孔 的封闭情况，让施工单位提前做好应对措施，防患于未然。（4）、在回采或巷道施工过程中，在距钻孔2030米时，必须进行探放水 工作，以确保施工安全。（5）、在探放水工作之前，必须在作业地点备足封孔材料和排水设备，以备 有水时立即排水。