弓金保

(西山煤電集團(tuán)公司 馬蘭礦， 山西 古交 030200)

西山煤田古交礦區(qū)從20世紀(jì)50年代初開始大規(guī)?？碧降?0年代精查階段基本結(jié)束，由多個(gè)勘探單位組織施工，其中利用煤田勘探鉆孔兼做奧灰勘探孔的多達(dá)132個(gè)。這些鉆孔均不同程度揭露奧灰含水層，成為奧灰導(dǎo)水的直接通道。在生產(chǎn)中如何勘查其導(dǎo)水性，確保安全揭露，直接關(guān)系到礦井安全[1-3]。本文通過對實(shí)際揭露的M94揭奧灰煤田孔的綜合勘查及全過程治理管控，查明了該類鉆孔的封孔情況和治理方法，對今后采掘揭露類似鉆孔有重要的現(xiàn)實(shí)意義[4-5]。

1 井田水文地質(zhì)條件

馬蘭井田位于西山煤田西北邊緣，主要開采石炭二疊系山西組和太原組煤層，主要含水層自下而上有奧陶系碳酸鹽巖巖溶含水層，石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶含水層及砂巖裂隙含水層，二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層，二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層和第四系松散層孔隙水含水層。其中以太原組灰?guī)r巖溶含水層q=0.000 1～0.008 1 L/(s·m)和第四系松散層孔隙水含水層q=1.3～11.79 L/(s·m)為鉆孔充水水源；奧陶系碳酸鹽巖則重點(diǎn)關(guān)注峰峰組二段q=0.002 5～5.011 L/(s·m)與鉆孔間補(bǔ)給。井田奧陶系碳酸鹽巖含水層賦水性強(qiáng)至中等，賦水不均一，對下組煤開采影響較大。

2 封堵不良鉆孔揭露情況

2.1 鉆孔概況

馬蘭礦南八采區(qū)M94煤田/水文孔為原148勘探隊(duì)于1977年1月施工，孔深634.56 m，終孔進(jìn)入奧灰?guī)r層151 m，主要作用是對奧灰含水層進(jìn)行水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探，該孔為礦區(qū)補(bǔ)勘階段施工鉆孔，鉆孔對K4至奧灰?guī)r段進(jìn)行了取芯觀測，鉆孔綜合質(zhì)量乙級，終孔測斜6°；在《馬蘭勘探區(qū)精查地質(zhì)報(bào)告》對補(bǔ)勘所有鉆孔封孔說明中，均評價(jià)為封閉質(zhì)量良好，鉆孔頂部下木塞，煤系層段用水泥砂漿封堵。

2.2 揭露經(jīng)過

2.2.1 探查方案及實(shí)施

南八運(yùn)輸大巷(巖巷)位于該鉆孔附近，大巷底板標(biāo)高908 m，該區(qū)域奧灰水位905 m左右，為防止發(fā)生鉆孔奧灰導(dǎo)水，在施工至里程1 248 m，距該孔46 m處停掘，采用瞬變電探測與鉆探驗(yàn)證的綜合勘探方法對M94鉆孔導(dǎo)水性進(jìn)行了探查[4]，見圖1。

圖1 鉆孔位置示意

1 ) 物探方法。瞬變電探測采用多匝重疊回線方式，發(fā)射頻率為25 Hz，疊加次數(shù)為64次，發(fā)射線框采用多匝1.5 m×1.5 m正方形回線。探測分水平順層方向、水平向上30°、水平向下30°三個(gè)方向掃描，水平方向掃描共計(jì)19個(gè)測點(diǎn)，掃描180°范圍；另外還加測垂直方向掃描，共計(jì)11個(gè)測點(diǎn)，掃描頂板50°～底板50°范圍。因?yàn)樗沧冸姶欧ㄌ赜械年P(guān)斷效應(yīng)，使得探測中前方20 m以內(nèi)的數(shù)據(jù)不可靠，形成盲區(qū)。

綜合物探成果資料，視電阻率分布范圍為0～100 Ω·m，根據(jù)整體視電阻率分布情況，定義煤巖層視電阻率小于10 Ω·m為相對低阻異常區(qū)，推測為富水區(qū)。對比分析4個(gè)方向上視電阻率等值線圖得出：掘進(jìn)頭正前方及左右?guī)?20 m范圍內(nèi)整體視電阻率值變化不大，無低阻異常區(qū)，推測為含水性較弱或不含水。但有6處視電阻率范圍在15～40 Ω·m，視電阻率值相對較低，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料分析，推測這些區(qū)域巖體裂隙較為發(fā)育且掘進(jìn)過程中可能由于裂隙的導(dǎo)通會使掘進(jìn)頭頂板出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，對采掘工程有一定的影響。

2) 鉆探情況。結(jié)合瞬變電探測情況，在里程1 248 m處施工5個(gè)鉆孔對M94鉆孔20 m范圍頂、底板進(jìn)行了超前鉆探控制，未發(fā)有涌水異常。

2.2.2 實(shí)際揭露經(jīng)過

2017年4月20日，當(dāng)允許掘進(jìn)至里程1 274.8 m時(shí)揭露該鉆孔(揭露層位為02號煤頂3 m巖層中)，發(fā)現(xiàn)鉆孔封堵不良，揭露段未封堵，鉆孔上部有涌水約0.2 m3/h，鉆孔實(shí)際為D108 mm，鉆孔揭露位置與原坐標(biāo)偏離25 m，鉆孔下部出水0.5 m3/h左右。

3 治理方案及經(jīng)過

3.1 治理方案

由于該鉆孔終孔進(jìn)入奧灰?guī)r層151 m，且位于南八采區(qū)的02、2、8號煤開準(zhǔn)巷道施工區(qū)域附近，均位于帶壓區(qū)內(nèi)，為防止在其它巷道施工中揭露該孔時(shí)由于封孔不良造成奧灰水害事故[5]。結(jié)合揭露位置鉆孔上下兩段不同水文地質(zhì)條件，確定以上、下兩部分段封堵方案，具體為：在完善排水系統(tǒng)后，采用分段封堵法，先對鉆孔進(jìn)行套孔，下部至上馬家溝組內(nèi)30 m，上部考慮后期采動影響擴(kuò)孔至頂上80 m；然后下止水器，分別位于上馬家溝組與峰峰組間、峰峰組與煤系基底、9號線在底板以下30 m處和上部孔深80 m處；每下一下止水器均進(jìn)行一次水泥注漿，確保分段注漿可靠。

3.2 治理過程

1) 探掃孔。探掃孔是探查封閉井孔前的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其目的是查明井孔原結(jié)構(gòu)，清理孔內(nèi)雜物及灰漿，為下一步封堵作業(yè)做準(zhǔn)備。M94號孔施工時(shí)間已經(jīng)久遠(yuǎn)，據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)孔內(nèi)可能存在掉塊、雜物堆積和井壁坍塌等問題，極易造成掃孔時(shí)孔位偏離原孔。

解決辦法：一是通過對鉆頭改進(jìn)，在三翼鉆頭掃孔時(shí)鉆具下部加2～3根D68 mm鉆鋌(總長10～15 m) ，起到導(dǎo)向作用的同時(shí)，也提高了鉆探效率；二是探掃孔過程中保持穩(wěn)壓勻速轉(zhuǎn)進(jìn)，鉆壓在1～2 kN，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在75～150 r/min；三是當(dāng)施工中孔內(nèi)出現(xiàn)異常如異響、進(jìn)尺變慢等現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)提鉆、下鉆取芯察看等方案，針對性解決。

探掃查明，巷道底板下260 m(進(jìn)峰峰組80 m)，地面孔深563 m情況。原孔在153.40～153.60 m(峰峰組頂部位置)，孔內(nèi)用木塞封堵；153.60～154.80 m峰峰組段無任何封堵物，處于空芯狀態(tài)；中間局部有水泥塊，至258.10～259.70 m時(shí)，孔內(nèi)又處于空芯狀態(tài)。

2) 掃孔注漿封堵。通過對鉆孔揭露層位情況分析，在上、下兩段封堵過程中采用不同止水方法，從而達(dá)到最佳封堵效果。

向下掃孔注漿時(shí)，采用止水器+配重組合體，止水器為外徑90 mm、長度1.7 m、置深180 m；配重圓鋼為外徑90 mm、長度7 m、置深7 m；然后將鉆具下至距止水器5～10 m位置開泵注漿，并勻速上提鉆具，直至孔口后上堵板加壓注漿至設(shè)計(jì)壓力，凝固48 h。

掃孔前先用D94 mm復(fù)合片鉆頭掃孔12.11 m，再用D150 mm復(fù)合片鉆頭擴(kuò)孔12.11 m；下D108 mm套管12.12 m，并注水泥漿封閉固井，2 h后測試打壓2.5 MPa，合格。主要是預(yù)防掃孔時(shí)發(fā)生奧灰突水。

孔口管安設(shè)好后，采用D94 mm三翼復(fù)合片鉆頭掃孔至260.28 m(進(jìn)入峰峰組80 m左右)，后注入水泥漿封井至220 m，待48 h再掃至220.05 m，確認(rèn)上底部水泥硬化，封孔合格；下入第一止水器和配重組合體(止水器：外徑90 mm、長度1.7 m、置深213 m；配重圓鋼：外徑90 mm、長度7 m、置深213～220 m)，注漿封井至180 m，48 h后再掃孔至187.17 m，確認(rèn)水泥硬化，封孔合格后下第二止水器和配重組合體，注漿封井至130 m，48 h后探掃孔至132 m，水泥已硬化，封孔合格，后下入第三止水器和配重組合體，注漿封井至底板，下部封堵結(jié)束，見圖2。

圖2 鉆孔封堵結(jié)構(gòu)示意

下部共下入止水器3個(gè)，其中第一止水器下入巷道底板下213 m(進(jìn)峰峰組33 m)，加配重，注漿；第二止水器下入巷道底板下180 m(位于本溪組底部)，加配重，注漿；第三止水器下入巷道底板下125 m(9號煤下約15 m)，加配重，注漿至底板井口位置。

向上注漿前先用D94 mm復(fù)合片鉆頭掃孔10 m，再用D150 mm復(fù)合片鉆頭擴(kuò)孔10 m；后下D108 mm套管10 m，并注水泥漿封閉固井，凝固48 h后測壓2.5 MPa，30 min內(nèi)無滲水合格；目的是防止在向上掃孔過程中出現(xiàn)異常涌水。

掃孔采用D94 mm三翼復(fù)合片鉆頭，向上掃孔至81.02 m(其以上原鉆孔仍未封好、中空)，地面深度220 m左右；將MNZF/A76型的中空止水器于81 m，隔離上部含水層，后用逆向注漿器向上注漿至巷道頂板孔口，封堵結(jié)束。

3.3 治理創(chuàng)新點(diǎn)

1) 通過對鉆頭改進(jìn)，在三翼鉆頭掃孔時(shí)鉆具下部加2～3根D68 mm鉆鋌(總長10～15 m)，起到導(dǎo)向作用的同時(shí)，也提高了鉆探效率。

2) 通過在原高壓注漿系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加計(jì)置排氣系統(tǒng)，以解決向上注漿時(shí)，在井孔內(nèi)形成相對密閉空間，致氣壓迅速升高的問題，可以及時(shí)排出氣體，確保封堵注漿正常進(jìn)行，見圖3。

圖3 逆向封堵注漿示意

3) 通過圓鋼止水器與MNZF/A76型中空止水器不同特點(diǎn)，采用圓鋼止水器封堵下部奧灰水，中空止水器封堵止部含水層水，達(dá)到最佳止水效果。

4 結(jié) 語

1) 由于歷史施工測斜誤差較大，鉆孔測斜資料與實(shí)際施工偏差達(dá)20余米，在今后揭露類似鉆孔時(shí)，要特別注意孔斜造成的鉆孔偏移。

2) 從掃孔情況看，鉆孔的封孔質(zhì)量較差，一般僅在峰峰組頂部下木塞進(jìn)行隔水，后水泥封堵，但水泥封堵質(zhì)量差，全孔僅個(gè)別深度出現(xiàn)有水泥封堵痕跡。今后在類似鉆孔揭露或在其附近施工中一定要注意鉆孔封堵質(zhì)量，特別是揭露奧灰鉆孔，要充分考慮揭露奧灰深度和其含水性，防止無計(jì)劃揭露發(fā)生事故。

3) 該孔掃孔至上馬家溝組30 m后，鉆孔有涌水0.5 m3/h左右，為上馬家溝組與峰峰組接觸位置涌水，對比鉆孔資料，對該孔奧灰含水層的描述基本可靠，可以做為今后奧灰?guī)洪_采的參考依據(jù)之一。

4) 在治理過程中要充分考慮鉆孔孔斜問題，采用導(dǎo)向掃孔措施，防止發(fā)生掃孔偏斜。

5) 掃孔前要完善排水系統(tǒng)，充分考慮鉆孔孔口承壓、涌水量等因素。