奥灰水文观测孔涌漏水治理措施研究

秦 利

（山西高河能源有限公司，山西 长治 047105）

1 概述

井下钻孔较多，包括水文地质钻孔和瓦斯抽放钻孔等。由于钻孔深入岩体中，钻孔可能导通裂隙水或者含水层，从而引起钻孔涌漏水，严重时影响工作面正常生产［1-3］。国内外许多学者对钻孔涌漏水治理措施进行了研究，刘伯等人针对马家沟煤矿钻孔涌漏水现象，提出了采取注浆措施来封堵钻孔，并取得了很好的效果［4］。孙尚云等人分析了井下钻孔突水原因，提出了注浆封堵措施，有效地解决了钻孔突水危害［5］。陈传东等人分析了井下钻孔漏水原因，并提出了高压动水状态下将动水注浆变为静水注浆进行堵水，很好地封堵了钻孔，降低了施工难度［6］。但是不同矿井水文地质条件不同，其处理措施也存在差异。本人在前人研究的基础上，针对高河煤矿南翼3#奥灰水文观测孔涌漏水进行研究提出合理的措施。

2 钻孔地质特征

高河煤矿南翼3#奥灰水文观测孔开孔层位为3#煤层直接底板，岩性为深灰-灰黑色砂质泥岩、泥岩及砂岩，含大量植物化石；底部为K7砂岩，与下伏太原组地层呈整合接触。

南翼3#奥灰水文观测孔位于南翼辅运大巷与南翼胶带大巷7#联巷向南70m处的钻场内。2013年10月7日开始施工，完工于2014年3月23日。钻孔孔深409.5 m，一开孔径Ф168 mm，下入Ф159 mm×8 mm丝扣管20m，固管注水泥0.5t，孔口压力4 MPa；二开孔径Ф133 mm，下入Ф127 mm×8 mm丝扣管140m，固管注水泥1.5t，孔口压力4.5 MPa；三开孔径Ф113 mm至终孔409.50m为裸孔段。涌水量为12m3/h，水压1.95 MPa，水位标高为+662.846 m。该钻孔涌漏水现象较为严重。2017年11月25日对该水文观测孔进行现场实际勘测，该钻孔孔壁外多处漏水，一级套管和二级套管裂隙漏水较为严重，经综合监测涌水量为15 m3/h。

3 钻孔涌漏水原因分析

综合分析南翼3#奥灰水文观测孔的位置，地层分布情况，结合矿井地质钻孔可知，井田内有两层含水层：分别为中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层和上石炭统太原组承压含水层。根据2#地质钻孔资料可知，中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层在煤层下方距离约43 m，上石炭统太原组含水层在煤层下方距离约75m。根据井田内2001孔的抽水资料：q=0.1098 L/s.m，K=0.3362 m/d，水质类型为SO42-+HCO3-Ca2+·Mg2型；另据井田内1402号的抽水资料：q=2.142 L/s.m，K=15.718 m/d。 结合区域和井田资料分析，井田处于区域奥灰岩溶裂隙含水层的迳流区，水质较好，富水性较强，但存在差异性；上石炭统太原组含水层埋藏较深，为碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶含水层组，为K2灰岩裂隙含水层，厚4.85～9.95m，平均7.12 m，以不规则裂隙为主，方解石脉充填，并在局部地段见有小溶孔。因此，矿井开采时应注意做好防涌水措施。

含水层为钻孔涌漏水潜在的水源，同时，由于开采引起底板严重底鼓，释放了地应力，引起3#奥灰水文观测孔的控水套管受拥拉挫位的破坏。2017年11月25日对该水文观测孔进行现场实际勘测，该钻孔孔壁外多出漏水，一级套管和二级套管裂隙漏水较为严重，经综合监测涌水量为15 m3/h，具体钻孔分布情况见图1。

图1 钻孔治理前分布形式

4 钻孔涌漏水治理措施

南翼3#钻孔涌漏水现象比较严重，简单地采用孔内下管封闭，和孔壁外帷幕性注浆加固解决不了问题，必须彻底解决底板应力释放的影响；再是对挫拉断控水管彻底复原，并让此孔未来不再发生类似情况。科学建造3#奥灰水文观测孔底板段高周圈受应力释放体系影响的安全区域性的缓冲释放保护空间环体，改良孔口安装的设施，合理部署常态化。具体治理步骤包括四步：第一步，修复巷道，对巷道底板进行加固，保证钻孔周边巷道围岩稳定，无帮顶虚空等，钻孔周边围岩密实；第二步，清理巷道，对巷道底板处进行夯实，挖好排水沟，钻探处将浮矸和杂物清理干净；第三步，钻孔周围开挖施工坑，观察钻孔涌漏水情况；第四步，进行控水管路换接和注浆加固。

5 施工工艺

利用南翼3#奥灰水文观测孔区域的现场作为施工钻场，钻场要求：

（1）加强钻场附近的巷道支护，钻孔周边顶帮部位锚网支护裱褙密实，杜绝帮顶虚空。

（2）清理巷道、巷底水平夯实，挖好排水沟。（3）钻探处要彻底清除浮矸、杂物。

5.1 钻孔治理施工工序

在对巷道底板和钻孔周边进行加固并清理后，首先固定钻机，并进行试运行，做好开钻前的准备工作；进行钻孔涌漏水治理，换接控水管和注浆加固。具体过程如下：

（1）钻机安装及试运行

钻机安装及固定，将作业现场清理平整，检查巷道支护情况，支护不完好的联系该巷道负责队组加固。钻机运至打钻准确位置，根据作业现场情况铺设2～3层道木，道木要铺设平整，道木必须一层两根且成“井”字形铺设，用8#双股铅丝捆绑在道木交叉点，捆绑三扣以上或者用耙钉固定，道木所搭设的木垛底座宽度必须多出钻机宽度300 mm。

利用支护锚索作为起吊点（钻机总重量为2.93 t，其中泵站0.82t，操作台0.18 t，钻机重1.93 t，最大起吊重量为1.93t）。用一台3 t起吊倒链，配合6分钢丝绳，将钻机起吊后平稳放在事先敷设好的木垛底座上，并将钻机调整到施工钻孔所需方位角。起吊钻机时，要保证起吊周围退路通畅。

将钻机四角分别用单体柱（4000ZDY-401）向钻机外偏2°～3°顶住巷道顶板打牢，将钻机四角紧紧压牢（立柱上段必须用Φ7 mm双股钢丝绳所制的护绳将单体柱上端与巷顶的梯子梁捆绑在一起，上端垫好专用垫木，垫木用铁丝与顶网连接，垫木使用不得超过1块；支柱用钢丝绳串联在一起。打设单体柱时要注意避开瓦斯抽采管路及巷道顶部的管路。用罗盘、坡度规量好方位角、倾角钻孔定位必须严格按照设计要求进行。

本次钻探使用的钻机型号为：ZDY-4000S型坑道钻机，钻机参数如表1所示。

表1 钻机参数

按机电部给定的供电系统图进行接线。严格执行停送电制度，验收合格后方可带电试运转，接通电源，试转电机，注意转向是否与油泵的要求一致。反复试验回转器的前进、后退，以排除油缸中的空气，直到运转平稳为止，此时系统压力不应超过4.5 MPa。检查各工作机构的动作方向与指示牌的标记方向是否一致，如不一致，应及时调换有关油管（回转器马达的正、反转、前进、后退等）。在试运转过程中，各部分发现有漏油现象，要及时排除。

（2）综合治理复原（见图2）

①围绕3#奥灰水文观测孔，开挖长1.3 m、宽1.3 m、深0.8 m的施工坑，以查看水文观测孔控水管涌漏水的具体状况。

②关闭原钻孔出水阀门，拆除排水管路。

③稳固钻机，打开出水阀门，在套管内下入Φ110 mm应急式止水器至一级套管与二级套管接口下1.5 m处，对钻孔实施控水封堵。

④利用袖珍式高精度可视探测仪，测定水文观测孔控水管的错断位置及Φ127 mm控水管的内腔变化情况。

⑤使用钻机设备，用直径Φ550 mm钻具套孔至挫断位置下1 m处。

⑥清理控水管壁外附着物，将施工孔内杂物清理干净并观察错断位置的具体情况。

⑦利用专用切铣工具逐段切铣提取或研磨上部受损的Ф159 mm、Φ127 mm控水管。

⑧使用专用嫁接设备嫁接安装Ф159 mm、Φ127 mm控水管至原设计位置并安装闸阀。

⑨提出Φ110 mm应急式止水器，关闭出水闸阀，观察钻孔是否漏水。

⑩钻孔无漏水现象后方可注浆加固一级套管与二级套管间隙部分。

图2 钻孔治理后分布形式

5.2 治理效果

对钻孔涌漏水进行换接控水管和注浆加固后，经后期监测，钻孔涌漏水现象得到了很好的解决，使得原排水管路得到很好的恢复，防止了事故的发生。

6 结语

本文对3#奥灰水文观测孔的位置及地质特征进行了分析，矿井含水层为钻孔涌漏水的水源，由于开采扰动使得巷道底板应力释放，造成了钻孔控水套管的挫拉断裂，引起钻孔涌漏水。提出了在钻孔周围开挖施工坑，采取了换接控水套管和注浆加固措施，经过后期监测，钻孔涌漏水得到有效解决，为今后钻孔涌漏水治理提供了借鉴。