矿井坑内钻探涌水原因分析及其治理

詹 涛

（云南地矿建设工程有限责任公司，云南 昆明 650000）

1 某矿区水文地质特征分析

某矿区断层与溶洞比较发育，且区内存在可溶岩，主要以石炭系上统船山组、二叠系下统栖霞组为主。因矿区现场受断层以及岩体切割作用明显，导致可溶岩破碎问题明显且连续性表现较差。与此同时，断层破碎带附近溶洞发育比较强烈，结合现场水文地质勘察情况上来看，部分断层附近溶洞发育表现强烈且规模较大。在形成与断层走向方面基本上可以视为一致状态，如均为长条形溶洞发育密集带。其中，在宽度表现方面，介于300m～500m之间。在特点趋向上，主要表现为随着与断层距离增大而不断减弱。除此之外，可溶岩上部岩溶发育程度相对比较强烈[1]。

根据水文地质勘察报告来看，全区共有59个钻孔揭露溶洞。在溶洞主要发育位置上基本聚集于可溶岩顶部位置。从具体表现上来看，该部位整体溶洞发育表现强烈，且规模相对较大。从矿床上来看，主要含水层具有风化以及构造裂隙特征，同时还兼具岩溶承压水特征。不难看出，该矿床富水性不均、且在充水条件表现方面多以明显分区以及分带特点为主。再加上矿区现场水文地质条件表现复杂，对围岩稳定性造成了不良影响。举例而言，对于半风化中等坚硬岩组以及可溶岩组而言，因其长期位于地下水位及以下位置，容易对软弱岩组稳定性产生不良影响。

2 突水情况研究

（1）坑内钻勘探设计。结合勘探线剖图来看，钻孔CK702与CK703在水平标高的一段距离中可明显看见矿层，其中，矿层约为2m～3m。同时，111#矿体的333级储量接近3万吨。在进行掘进采切工作时，现场作业人员在+10m中段的钻孔位置处布设了一个探矿井。在探矿井的规格制定上，为19m。这19m部分穿过圈定好的矿体标高，但是并未揭露矿体。

且在探矿井岩性表现上，均以灰岩为主。为进一步加强对111#矿体的探明与分析，以及更好地完成现场施工作业，现场作业人员需要结合现场施工环境情况，对坑内钻探工艺进行合理规划与设计。在工作面的确定上，主要将其位置设置在+10m中段的西部位置，孔深长约为25m[2]。

（2）坑内钻透水实况分析。结合现场实际情况来看，钻探实际施工长度约为21m。其中，岩心未见矿体。与此同时，当现场作业人员施工到18m位置处逐渐开始出现出水现象。此时钻孔距离断层还有一定长度，约为33m。同时，该位置处施工作业并未穿过圈定矿层位置。也就是说，钻孔涌水量还是处于可控制范围内，基本上不会对施工作业造成不利影响。但是需要注意的是，当现场作业人员打到21m位置处时，该处水压明显加大，并且产生卡钻现象，导致现场作业人员无法继续开展施工作业活动。最重要的是，施工作业无法穿过闪长玢岩，且难以见到矿体，迫不得已停止施工。而当钻孔经过一个月的放水处理之后，涌水量逐渐趋于稳定化发展。此时，现场作业人员对钻孔涌水量进行了测算分析，数值为45.83m³/h，在水压数值方面约为10MPa。

（3）涌水原因分析。为及时明确矿井坑内钻探涌水原因，现场作业人员主动结合原有地质资料进行了重点研究与分析。根据分析反馈情况来看，F29断层与孔位距离约为50m，在25m进尺位置处，坑内钻有25m左右隔水柱。以此可以判断出，约在18m～21m位置处存在111#磁铁矿矿层。结合原有剖面图来看，原计划预计在18m位置处会打到矿层。但是结合实际情况来看，在18m位置处存在闪长玢岩问题，并存在出水现象。且在21m进尺位置处，虽圈定矿层单位见到矿体。结合上述内容，不难看出，钻孔CK702闪长玢岩岩脉出现延生现象，并经过发展穿过111#矿体。同时，开采现场断层中部富水性整体表现良好，而其余地段以及浅部位置在富水性方面表现较弱，因此导水断层具有导水性不良的特点。从客观角度上来看，断层的富水性与两侧附近岩性的风化程度以及裂隙程度之间存在密切关系。

举例而言，如果断层富水性表现良好，则钻孔遇到破碎带漏水问题的概率也会随之增加，反之则相反。探矿井位置主要位于坑内钻探矿区域，经施工作业活动之后未见水出现。同时，CK703钻孔也未见出水问题。由此不难看出，探矿井区域炎性表现较为稳定，基本上无任何破碎带问题出现。结合钻孔实际情况来看，经一段时间观察之后出水量并未减小，甚至偶尔会存在浑浊泥浆水问题。综合上述情况来看，以上分析所显示的坑内钻水主要为常流水。究其原因，主要是因为闪长玢岩与F29断层之间存在溶洞相通关系。且地表水容易通过溶洞进入到F29断层当中。在具体操作处理过程中，建议现场作业人员应该对该位置进行封堵处理，以免对后续施工作业安全造成不利影响。

3 合理确定治理方案

因坑内存在大量水涌出问题，导致-20m终端水仓蓄水实践明显缩短，如果不加以及时处理，不仅会增加抽水电费，同时也会导致+10m中段以下位置的矿体难以正常开采并利用。严重时，甚至会影响地质勘探设计方案的实施效果。针对于此，建议相关管理人员必须结合现场实际情况，部署科学、合理的综合治理方案，以减轻坑内钻探涌水带来的危害影响。其中，在综合治理方案的确定上，现场作业人员应该充分意识到涌水坑内钻是唯一的出水点。也就是说，在治理方面作业人员应该对该位置涌水钻孔进行封堵处理。究其原因，主要是因为坑内钻出水量较大，水位差会促使压力形成。其中，水压约为10MPa，基本上可以满足打钻用水需求。如果施工处理过程中无法充分堵好，现场作业人员可通过利用软管等方式将其引入到水仓当中进行安全应用。或者是将软管与供水系统连接使用，为下个中段提供打算用水。结合现场巷道位置以及施工需求情况来看，作业人员主张利用套管堵疏结合治理方案进行针对性处理。

4 钻孔堵水工作要点及流程分析

（1）科学选择材料。为确保钻孔堵水作业效果得以达到预期，现场作业人员应该对钻孔堵水材料的应用问题予以高度重视。在开展钻孔堵水作业之前，现场作业人员应该根据矿井生产现场实际需求，选择合适的堵水材料进行安全应用。结合现场应用反馈情况来看，作业人员主张利用45#岩心去芯管进行接箍处理；46#岩心去芯管进行接箍处理；利用膨胀螺杆、夹板等辅助材料。在材料应用过程中，现场作业人员需要根据进尺及出水位置情况，对岩心去芯管接箍的钻杆口径进行合理确定。除此之外，在打钻过程中。如果存在外径不断摩擦问题或者钻径变大问题，现场作业人员可利用岩心去芯管针对外壁位置进行水堵处理。结合现场检验情况来看，虽然水中含有少量腐蚀物质，但是大体上不会对岩心去芯套管寿命产生不利影响。为进一步增强出水口的安全性，现场作业人员主张利用不锈钢闸阀进行针对性处理。必要时，也可以通过加固锚杆以及安全警戒方式避免套管脱落问题出现。

（2）堵水处理流程。在堵水处理工艺的落实方面，建议现场作业人员可以从以下几个方面进行贯彻与落实。

一方面，现场作业人员应该在开展堵水处理作业之前对巷道进行清理。其中，要重点针对巷道以及钻场顶板边帮段进行严格检查，确保施工条件满足规范要求之后，再开展施工作业活动。在前期准备期间，作业人员应该在涌水钻孔的水平位置处的一段距离内，做好锚杆眼的施工处理。其中，在深度控制方面应该为50mm。需要注意的是，在此过程中，作业人员应该利用坑内钻机对涌水钻孔进行清理处理。这样做的主要目的在于防止孔内存在堵塞现象。另一方面，在施工操作过程中，现场作业人员应该将葫芦绑在锚杆位置上，并将45#岩心去芯管（接箍）按照一定的顺序要求送入到钻孔位置当中。同时，在钻孔口部2m位置处，作业人员可以利用45#与46#岩心去芯管相接的方式进行针对性处理，以保障岩心去芯管外壁水密封效果得以全面深化。最后，借助不锈钢闸阀与46#岩心去芯管连接的方式，保障闸阀锁紧效果。需要注意的是，如果上述操作方法无法缓解出水压力或者难以达到预期的堵住效果，建议作业人员可以酌情打开闸阀连接套管，目的在于将水引到水仓当中，进一步增强堵水效果。

（3）堵水成效分析。结合现场堵水成效来看，+10m中段钻孔堵水效果大体上符合预期要求，且根据现场表现情况来看，并未出现明显钻孔坍塌问题。且经过一段时间观察之后，水并未从其他裂隙中涌出或者出现其他问题。最重要的是，各个中段出水量初步得到了控制，且后续并未出现增加趋势。从经济效益上来看，利用上述治理方案有效缩短了井下抽水时间，约减少2h，节省了电费成本。同时，水泵房抽水量也明显减少，且有效缓解了以往丰水期水泵房运转压力大的现象。另外，利用套管封堵方式进一步增强了封堵效果以及现场作业的安全稳定性，为矿体开采工作提供了良好的内在保障。

5 相关建议

为确保矿井施工作业质量安全，建议施工单位方面应该提前深入矿井施工现场，准确把握施工环境情况以及水文地质情况等。与此同时，在正式开展矿井施工作业之前，相关负责人员应该根据地质勘察报告，矿井开采现场存在的不稳定以及其他风险因素问题进行准确识别与预防管理。在正式施工作业期间，全体参建人员应该主动承担起自身的安全作业责任，坚持按照质量优先以及安全治理的理念原则，贯彻落实现场施工技术要点以及管理内容。除此之外，相关管理人员应该加强对矿井施工作业现场质量问题以及安全问题的管理力度。最好可以按照质量管理原则以及安全管理原则，对施工现场可能存在的风险问题进行防范处理，以期可以从根本上为矿井施工作业人员的人身安全以及矿井企业经济效益安全提供保障。

6 结论

总而言之，如果不加以提前识别与预防管理，就很容易出现施工隐患问题。为有效规避施工隐患问题出现，建议从事于矿井施工现场作业的相关人员应该主动承担起自身的岗位职责，坚持按照安全治理、有效预防的原则理念，对矿井施工现场可能存在的风险问题以及安全问题进行提前识别与防范管理。并在此基础上，结合风险问题及安全问题的具体成因，采取针对性措施加以据房管理，以期可以从根本上保障我国矿井施工作业安全。相信在全体人员的不断努力下，我国矿井施工作业质量将会得到进一步增强。