回采工作面过复杂封闭不良钻孔综合探测方法

任金武 张盼

摘要：在威胁煤矿安全生产的隐蔽致灾因素中，封闭不良钻孔导水是其中重要的一项，矿井在勘探期间往往施工有大量的地面钻孔，其中不乏在封闭过程中由于施工工程质量不合格造成的封闭不良钻孔，钻孔穿过层位及封孔深度的不同造成不同的导水危险性，本文就郭村煤矿1204回采工作面过4601封闭不良钻孔的实际施工经验，从封闭不良钻孔危险性评价、探测方法、治理措施综合阐述分析，提出了回采工作面过复杂封闭不良钻孔综合处理措施，为煤矿生产期间过封闭不良钻孔提供了一定的经验方法。

关键词：封闭不良钻孔;钻孔危险性评价;防治水;探测方法：超前探

1.矿井及1204工作面概况

矿井位于河南省偃龙煤田中段，嵩山山脉北麓的山前平原区。可采煤层为二叠纪山西组二，煤，倾向北，倾角14°-22°，煤厚0—15.88m，平均厚度3.3m。矿井水文地质条件中等。1204 工作面走向长944m，斜长170m，标高-69m—-135m，采煤方法为走向长壁式、顶板全部垮落法。采用放顶煤一次采全高工艺，综放支架支护顶板、全部垮落法处理采空区。

2. 4601钻孔封闭情况

4601钻孔位于1204 工作面西部，12辅助下山以东10.7m（相对位置关系见图2），施工于1959年，资料整理于1970年，由于所在时期历史原因，钻孔施T质量较差，为封孔不良钻孔。终孔孔深392.3m，终孔进入奥陶纪灰岩（02）。根据河南煤田地质二队编制的生产补充勘探报告的封闭不良钻孔統计台账，4601钻孔封孔情况如下：封闭层段为382.30m—392.30m，层段厚度lOm;层位为奥陶系（O：）石灰岩1.06m，石炭系（C2）铝土层5.07m、泥岩0.5m、一1煤0.75m、石灰岩2.62m;封孔材料水泥140kg、沙子140kg，382.30m以上未封闭。未对封孔情况进行取样检查，封孔质量评价为不合格。

3.水文地质条件

根据4601孔揭露地层信息显示，钻孔穿过第四系、二叠系下统下石盒子组及山西组、石炭系上统太原组及本溪组、终孔进入奥陶系中统马家沟组灰岩1.06m。

其中钻孔穿过地层中石炭系上统太原组及本溪组总厚49.54m，太原组上段灰岩岩溶含水层主要由L7-8石灰岩组成该含水层水位标高147.19m～174.99m，单位涌水量0.004L/s.m—0.0143L/s·m，渗透系数0.004m/d—0.0143m/d.该层含岩溶承压水，岩溶裂隙不太发育，富水性弱，上距二1煤层l.lOm—14.16m，平均11.59m。为二，煤层底板直接充水含水层。太原组上段灰岩岩溶含水层由L1-4石灰岩组成，该层静止水位标高+ 135.93m-+195.lOm，单位涌水量0.00291Us·m～0.748Us·m，渗透系数2.876m/d。该含水层含岩溶承压水，富水性中等，富、导水性极不均一。上距二1煤层19.60m—51.46m，平均33.5lm，属二1煤层间接充水含水层。矿井主要巷道开拓于Lη灰岩中，若遇构造，极易与上、下含水层发生水力联系，将对矿井安全生产构成较大威胁。

终孔进入奥陶系中统马家沟组灰岩1.06m，该层属寒武系上统凤山组及奥陶系中统马家沟组灰岩岩溶含水层，该含水层水位标高160.7m～200.4m，该层岩溶承压水补给条件好，水压大，富水性强，导水性好，但富、导水性极不均一，与二1煤层间夹有三个隔水层，属二1煤层间接充水含水层。正常情况下，对开采二，煤层影响不大。若遇构造影响，对矿井安全生产的威胁最大。

4.钻孔危险性评价

4.1钻孔充水因素

（1）含水层。在矿井采动影响和水压的作用下，封闭不良钻孔可能导通含水层水，若封闭不良钻孔位于采掘区域内，且钻孔导通了强含水层，则极有可能造成突水事故，威胁矿井安全生产，视封闭不良钻孔穿过含水层富水性强弱及钻孔在含水层段的封闭长度大小，其危险性也有不同。

（2）地质构造。能够造成封闭不良钻孔导水的地质构造主要有断层和褶曲，断层及褶曲发生的地层中应力集中，断裂及褶曲面产生的裂隙较多，若封闭不良钻孔正好位于构造附近或穿过构造区域，构造又能够导通含水层水，将有可能造成突水事故，钻孔与断裂或褶曲的位置关系是突水危险性评价的判断依据，距离断层面和褶曲轴面越近，危险性越大。

（3）采掘影响。参考煤矿开采上三带、下三带理论，矿井的采掘活动将造成煤层顶底板的破坏，形成导水裂隙带，煤层顶底板岩层破坏可能导致其中的地质钻孔遭到破坏从而形成导水通道，同时也增加了封闭不良钻孔的导水危险性。

（4）采空区。矿井采空区积水是造成矿井水害事故的重要充水水源，采空区积水虽然动储量不大，但其巨大的静储量和突水时的瞬时水量突人矿井时往往是灾难性的。若位于采掘区域上方的采空区积水被封闭不良钻孔导通，其突水危险性要远远大于煤层顶板弱含水层。

4.2危险性评级

综上所述，封闭不良钻孔导水危险性评级的影响因素有5个：较强充水水源、较弱充水水源、地质构造、采掘影响、钻孔水文及封闭情况。综合考虑这5个影响因素，可将封闭不良钻孔的危险性进行评级，这里划分为透水危险、有导水威胁和无导水威胁三类。

由于影响封闭不良钻孔导水危险性的指标因素较多，且其评价具有非线性、模糊性的特点，因此采用模糊综合评价的方法对钻孔危险性进行评价。首先把封闭不良钻孔导水危险性类型划分为无导水威胁、有导水威胁和透水危险三类，组成评语集V={V1，V2，V3};评价指标有5个，即强充水水源、较强充水水源、地质构造、采掘活动影响和钻孔水文及封闭信息，组成评价指标集U={U1，U2，U3，U4，U5}。对于每个封闭不良钻孔，由于其影响因素的重要性不同，采用分析评价的方法，确定该封闭不良钻孔的5个指标权重，记为A={a1，a2，a3，a4，a5}，并通过评价指标属于各评语集的隶属度R={rl，r2，r3），得到从U到V的评判矩阵，再通过评判集和权重集的乘法运算求出综合评判向量：

r11 r21 r31

r12 r 22 r32

S=[sl，s2，s3]=[a1，a2，a3，a4，a5][ r13 r23 r33]

r14 r24 r34

ris r25 r35

其中，s1，S2，S3分别为该钻孔属于无导水威胁钻孔、有导水威胁钻孔和透水危险钻孔的隶属度，根据最大隶属度原则判断封闭不良钻孔的导水危险性。根据以上方法评价4601钻孔为有导水危险钻孔。

5.采取的探测方法及效果

5.1超前探测

在已知采掘区域存在封闭不良钻孔时，掘进及回采前采用超前探测手段对封闭不良钻孔及附近含水层富水性进行探测，根据探测结果采取相应治理措施。4601钻孔位于1204 工作面西侧边界，距12辅助下山东帮法线距離lOm，12辅助下山掘进层位为L7灰岩下部，距下部的太原组下段灰岩（L1-4）15m，距奥陶灰岩35m左右，在12辅助下山掘进前，利用超前探钻孔对4601钻孔进行了初步探测，共施工钻孔4个，钻孔终孔层位于巷道底板下25m的Lη灰岩中，其中4#孔穿过4601钻孔平面位置，钻孔施工工艺按照超前探水钻孔标准执行，施工过程中4#孔累计出水量为1m3/h，终孔注浆量3.4t，其余3个钻孔涌水量最大为6m3/h，钻探结果显示掘进前方太原组灰岩含水层富水性较弱，但本次探测钻孔较少，钻孔终孔层位较浅，无法具体反映出4601孔水文情况。

为探清4601孔水文情况，在12辅助下山掘进至距离4601钻孔平面位置法线距离15m时，在巷道迎头对钻孔进行了二次探测，本次布置钻孔6个，围绕4601孔施T水平探测钻孔3个（6#～8#），共进尺90m。施工过程几乎无水。向4601孔深部奥灰含水层探测钻孔3个（9#、12#、13#），共进尺197m;以上3个钻孔设计终孔进入奥灰20m-30m，9#孔现场观察69m进入奥灰，76m钻孔涌水量6m3/h，注浆后延伸至96m，涌水量8m3/h，共计注浆12.7t。12#钻孔施工至84m，13#钻孔施工至90m，钻孔涌水量均较小，为2m3/h～3m3/h。根据探测钻孔施工情况来看，4601钻孔所在地层中奥陶系中统马家沟组灰岩岩溶含水层富水性较弱。

5.2瞬变电磁探测

为探清12辅助下山4601钻孔位置底板含水层富水情况，瞬变电磁物探底板探测90m，从视电阻率等值线分布规律可以看出，钻孔对应30m～70m段位置底板深部电阻率值分布均匀，无低阻异常区域，底板石炭系、奥陶系石灰岩含水层富水性较弱。

6.结论

对4601钻孔的探测采取了物探和钻探相结合的探测方式，探测覆盖面积均较大，对钻孔附近含水层的富水性进行了全面的探测，结果显示钻孔附近煤层顶底板含水层富水性均较弱，在钻孔超前探测过程中，已进行注浆封堵，不存在奥陶系中统马家沟组灰岩岩溶含水层水及太原组上段灰岩岩溶含水层水被钻孔导通发生突水事故的危险性，二叠系山西组砂岩水可能顺封闭不良钻孔进入工作面，但该含水层富水性较弱，对生产影响不大，可以安全回采。

参考文献：

[1]任金武.煤矿封闭不良钻孔评价与综合处理技术[J].能源与节能，2014（7）：140-142.

[2]刘德民，尹尚先，连会青.封闭不良钻孔导水危险性定量评价研究[J].煤炭工程，2014，46（04）：119-121+125