文/苗會(huì)明湯陽春

復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆孔突水發(fā)生機(jī)理、危害及處理措施

文/苗會(huì)明湯陽春

河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤公司第十煤礦地質(zhì)條件相對(duì)較復(fù)雜，常有煤層底板開裂、突水或底鼓等地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生。為了避免回采過程中出現(xiàn)安全事故，礦井決定對(duì)煤層的底板進(jìn)行改造。底板改造實(shí)施過程中，發(fā)現(xiàn)在某些地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域鉆孔時(shí)，極易出現(xiàn)鉆孔突水的事故。對(duì)此，鶴煤十礦制定了行之有效的實(shí)施方案，提出相應(yīng)的技術(shù)路線，并對(duì)提出的治理措施的可行性進(jìn)行了論證。

一、復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆孔突水發(fā)生的機(jī)理和危害

1．復(fù)雜地質(zhì)條件概況

鶴煤十礦復(fù)雜地質(zhì)條件的淺層地層主要由砂質(zhì)泥巖、泥巖和頁巖構(gòu)成，其抗壓強(qiáng)度較低；巖石發(fā)育特征是橫向裂隙或縱向裂隙，其中縱向裂隙發(fā)育為其主要發(fā)育形式，南部采區(qū)巷道布置的方向與主要的裂隙方向之間的夾角是45°，它溝通了地層深部的含水層，屬斷層發(fā)育，巖石塊狀且破碎。

2．鉆孔突水發(fā)生的機(jī)理

復(fù)雜地質(zhì)條件下的地層受力比較薄弱，鉆孔出水后會(huì)在該地層抗壓相對(duì)薄弱的區(qū)域形成一個(gè)窗口。當(dāng)受到地質(zhì)誘導(dǎo)或者地壓的動(dòng)力破壞，窗口無法承受水壓時(shí)，形成的高壓動(dòng)力水源就會(huì)通過窗口往外形成一個(gè)強(qiáng)勢(shì)動(dòng)力區(qū)域，巷道底板主要會(huì)出現(xiàn)開裂、突水、底鼓等現(xiàn)象。

（1）巷底出現(xiàn)開裂。砂巖等一些剛性巖石在地質(zhì)誘導(dǎo)或者地壓的動(dòng)力影響下，窗口處形成的動(dòng)力水源會(huì)直接沿著豎向裂隙往外面劈裂，接著形成新的裂隙或者擴(kuò)大了巖石的原生裂隙，最終造成巖石的開裂。

（2）底鼓出現(xiàn)的原因。主要是因?yàn)樵陧搸r、泥巖等塑性巖石的獨(dú)立影響之下，窗口處形成的高壓動(dòng)力水源順著橫向裂隙往上突出。在底鼓的影響下，巷道會(huì)出現(xiàn)以下一些變化：幫錨和頂錨被拉折、頂板下沉、斷面變小，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)巷道堵塞現(xiàn)象。

（3）底板出現(xiàn)突水的原因。動(dòng)力水源順著倒水通道或裂隙向外涌出，在整個(gè)突水進(jìn)程中，涌出的水會(huì)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：水色逐漸變渾濁且夾帶著小的顆粒、水量忽大忽小，最后水色變澄清且水量漸趨穩(wěn)定。

3．發(fā)生鉆孔突水的危害

在復(fù)雜地層條件下礦井發(fā)生鉆孔突水會(huì)嚴(yán)重影響到礦井的安全生產(chǎn)以及工作人員的人身安全，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，鉆孔突水會(huì)使巷道失去穩(wěn)定性，繼而影響巷道的行人和通風(fēng)能力，直接危及到工作人員和掘進(jìn)設(shè)備的安全。第二，鉆孔突水過程中攜帶出的煤層和破碎物和容易淤塞在巷道內(nèi)，造成排水困難。第三，在一些低洼區(qū)，水流無法自泄，會(huì)出現(xiàn)排水力不足或積水無法排除等危機(jī)，積水嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致水淹面等事故。第四，鉆孔突水的治理進(jìn)程耗時(shí)較長(zhǎng)，施工工序繁瑣，而且對(duì)施工的組織、方案、工藝要求較高。所以，為了盡量避免災(zāi)害擴(kuò)大，應(yīng)該進(jìn)行有效快速的治理工作。

二、鉆孔突水封堵的處理步驟

根據(jù)地質(zhì)學(xué)原理，鉆孔突水的三要素為較高的水壓、通道及突水水源。因此，治理鉆孔突水需要從以上三方面出發(fā)，對(duì)出水水源和出水通道做出科學(xué)的判斷后，方可找到相對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的封堵鉆孔突水的途徑。鶴煤十礦針對(duì)鉆孔突水封堵制定了以下處理步驟：

首先，對(duì)巷道進(jìn)行臨時(shí)加護(hù)，加固方式為密集點(diǎn)柱，力求增大巷道的支護(hù)強(qiáng)度，重點(diǎn)加固的方向主要沿著裂隙方向進(jìn)行，同時(shí)，為了控制住幫部變形采用了戧柱等固定形式。

其次，在礦井下建造較長(zhǎng)距離的輸漿系統(tǒng)，鋪設(shè)輸漿的運(yùn)輸管道，將注漿泵設(shè)置在排水、水電和運(yùn)輸較方便的地點(diǎn)，通過輸漿管和注漿泵把井下產(chǎn)生的泥漿輸送到鉆場(chǎng)處，再通過內(nèi)部的注漿泵把骨料或者注漿添加到鉆孔內(nèi)。需要注意的是，在注漿過程中，為了能及時(shí)連接注漿點(diǎn)和造漿站，需在注漿處設(shè)立專用聯(lián)系電話。

第三，注漿封堵鉆孔突水時(shí)，骨料要分級(jí)加入，這時(shí)會(huì)遇到兩種情形：一種情況是，淺層巖石無法抵抗住較大的水壓，會(huì)使鉆孔位置的閥門沒法關(guān)閉，針對(duì)此種情況要及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察做出正確判斷，把入空口管設(shè)在地層淺部。另一種情況是，地層深部的突出水源會(huì)經(jīng)由豎向的裂隙往上導(dǎo)水，豎向的裂隙開口相對(duì)較大，將入孔口管下入到此處，比較困難，可以對(duì)高壓水源進(jìn)行有效的卸壓，接著再封堵突水鉆孔（骨料配合雙液漿）。

三、礦井的實(shí)際舉措及效果

1．注漿封堵方案

（1）使用木點(diǎn)柱+道木對(duì)2011運(yùn)輸巷的變形位置進(jìn)行加固，以確保高壓閥門關(guān)閉后巷道能承受住水壓，杜絕巷道底鼓和大面積變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（2）2011運(yùn)輸巷的車場(chǎng)下面的平臺(tái)設(shè)計(jì)3個(gè)導(dǎo)水鉆孔，方便對(duì)1-2號(hào)鉆孔突水進(jìn)行有效疏水降壓和事故的及時(shí)處理，對(duì)灰?guī)r含水層進(jìn)行局部改造（帷幕注漿），減少1-2號(hào)鉆孔的水源補(bǔ)給。

（3）將1-2號(hào)鉆孔處的閥門關(guān)閉后，向骨料器中加入骨料封堵注漿，注漿液的成分為水和灰，其比例是1∶0.7～1∶0.9。

（4）如果較粗骨料還不能有效控制底板出水時(shí)，需要配合使用88mm導(dǎo)向管+90mm鉆頭，使用骨料進(jìn)行礦井下注漿操作時(shí)，骨料直徑需要逐步加大，避免一次堵死孔口管。

（5）使用地面注漿封堵導(dǎo)水孔，最終壓力是6.1～6.3MPa。

2.封堵效果

通過注漿封堵來治理鉆孔突水問題，且注漿量總計(jì)達(dá)到58t，收到了標(biāo)本兼治的良好效果。注漿過程中使用井下疏漿系統(tǒng)，確保了井下注漿的可靠性和連續(xù)性，在堵水中起到了主要作用。在進(jìn)行鉆孔處理前，預(yù)先改造鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)器和夾持器，解決了70mm直徑的孔口管在堵塞之后的后續(xù)掃控問題，保證施工過程能有的放矢地進(jìn)行。

四、結(jié)語

鶴煤十礦在改造底板過程中，針對(duì)出現(xiàn)鉆孔突水的現(xiàn)象使用了注漿封堵法，在對(duì)出水水源和出水通道作出科學(xué)的判斷后，采取對(duì)巷道進(jìn)行臨時(shí)加護(hù)、在礦井下建造較長(zhǎng)距離的輸漿系統(tǒng)、注漿封堵鉆孔突水時(shí)骨料要分級(jí)加入的處理方法，效果顯著，從而為其他條件相類似的礦井鉆孔突水的治理提供了一定的依據(jù)。

（作者單位：鶴壁濟(jì)源礦業(yè)有限公司）

（責(zé)任編輯：周瓊）