复杂地质条件下钻孔突水发生机理、危害及处理措施

2013-01-26苗会明汤阳春

中国煤炭工业 2013年8期

文/苗会明汤阳春

文/苗会明汤阳春

河南煤业化工集团鹤煤公司第十煤矿地质条件相对较复杂，常有煤层底板开裂、突水或底鼓等地质现象发生。为了避免回采过程中出现安全事故，矿井决定对煤层的底板进行改造。底板改造实施过程中，发现在某些地质条件复杂的区域钻孔时，极易出现钻孔突水的事故。对此，鹤煤十矿制定了行之有效的实施方案，提出相应的技术路线，并对提出的治理措施的可行性进行了论证。

一、复杂地质条件下钻孔突水发生的机理和危害

1．复杂地质条件概况

鹤煤十矿复杂地质条件的浅层地层主要由砂质泥岩、泥岩和页岩构成，其抗压强度较低；岩石发育特征是横向裂隙或纵向裂隙，其中纵向裂隙发育为其主要发育形式，南部采区巷道布置的方向与主要的裂隙方向之间的夹角是45°，它沟通了地层深部的含水层，属断层发育，岩石块状且破碎。

2．钻孔突水发生的机理

复杂地质条件下的地层受力比较薄弱，钻孔出水后会在该地层抗压相对薄弱的区域形成一个窗口。当受到地质诱导或者地压的动力破坏，窗口无法承受水压时，形成的高压动力水源就会通过窗口往外形成一个强势动力区域，巷道底板主要会出现开裂、突水、底鼓等现象。

（1）巷底出现开裂。砂岩等一些刚性岩石在地质诱导或者地压的动力影响下，窗口处形成的动力水源会直接沿着竖向裂隙往外面劈裂，接着形成新的裂隙或者扩大了岩石的原生裂隙，最终造成岩石的开裂。

（2）底鼓出现的原因。主要是因为在页岩、泥岩等塑性岩石的独立影响之下，窗口处形成的高压动力水源顺着横向裂隙往上突出。在底鼓的影响下，巷道会出现以下一些变化：帮锚和顶锚被拉折、顶板下沉、断面变小，严重时出现巷道堵塞现象。

（3）底板出现突水的原因。动力水源顺着倒水通道或裂隙向外涌出，在整个突水进程中，涌出的水会呈现以下特点：水色逐渐变浑浊且夹带着小的颗粒、水量忽大忽小，最后水色变澄清且水量渐趋稳定。

3．发生钻孔突水的危害

在复杂地层条件下矿井发生钻孔突水会严重影响到矿井的安全生产以及工作人员的人身安全，主要表现在以下几个方面：第一，钻孔突水会使巷道失去稳定性，继而影响巷道的行人和通风能力，直接危及到工作人员和掘进设备的安全。第二，钻孔突水过程中携带出的煤层和破碎物和容易淤塞在巷道内，造成排水困难。第三，在一些低洼区，水流无法自泄，会出现排水力不足或积水无法排除等危机，积水严重时将导致水淹面等事故。第四，钻孔突水的治理进程耗时较长，施工工序繁琐，而且对施工的组织、方案、工艺要求较高。所以，为了尽量避免灾害扩大，应该进行有效快速的治理工作。

二、钻孔突水封堵的处理步骤

根据地质学原理，钻孔突水的三要素为较高的水压、通道及突水水源。因此，治理钻孔突水需要从以上三方面出发，对出水水源和出水通道做出科学的判断后，方可找到相对安全、经济、可靠的封堵钻孔突水的途径。鹤煤十矿针对钻孔突水封堵制定了以下处理步骤：

首先，对巷道进行临时加护，加固方式为密集点柱，力求增大巷道的支护强度，重点加固的方向主要沿着裂隙方向进行，同时，为了控制住帮部变形采用了戗柱等固定形式。

其次，在矿井下建造较长距离的输浆系统，铺设输浆的运输管道，将注浆泵设置在排水、水电和运输较方便的地点，通过输浆管和注浆泵把井下产生的泥浆输送到钻场处，再通过内部的注浆泵把骨料或者注浆添加到钻孔内。需要注意的是，在注浆过程中，为了能及时连接注浆点和造浆站，需在注浆处设立专用联系电话。

第三，注浆封堵钻孔突水时，骨料要分级加入，这时会遇到两种情形：一种情况是，浅层岩石无法抵抗住较大的水压，会使钻孔位置的阀门没法关闭，针对此种情况要及时根据现场观察做出正确判断，把入空口管设在地层浅部。另一种情况是，地层深部的突出水源会经由竖向的裂隙往上导水，竖向的裂隙开口相对较大，将入孔口管下入到此处，比较困难，可以对高压水源进行有效的卸压，接着再封堵突水钻孔（骨料配合双液浆）。