关于水文观测钻孔施工技术的经济研究与应用

[摘要]矿井采用两斜井一立井混合开拓，主要开采二1煤层，一级提升落底标高+88m，二级提升落底标高-150m，开采方法为双翼开采，采用综合机械化采煤方法，矿井涌水主要为二1煤层顶板砂岩裂隙含水层和底板太原组灰岩含水层涌水，水文地质条件为中等类型。

[关键词]探水；钻孔；技术；设计

[DOI]1013939/jcnkizgsc201730239

1矿井地质情况

11含水层

①寒武系上统白云质灰岩含水层（Ⅰ）：以崮山组白云质灰岩为主，区内共有十四孔见该层灰岩，区域侵蚀基准面以上发育大中型的岩溶裂隙、溶洞等，钻孔所见多为峰窝状溶孔，两孔见有溶洞，最大高度130m。钻孔揭露厚度大于30m者多半漏水，小于30m者不漏水，漏水空间集中分布在114勘探线东北顶面埋深-50m以上地段。②石炭系上统太原组上段灰岩含水层（Ⅱ2）：由L11—L8等四层石灰岩组成，据矿井范围内内揭穿该层的钻孔统计其平均厚度1347m，其中L9与L8两层灰岩全区稳定发育。③下二叠统山西组砂岩裂隙含水层组（Ⅲ）：一般由3～12层细中粒砂岩组成，总厚968～5947m，平均3085m，浅部风化裂隙较发育，为含水层的相对强富水部位，向深部富水性变弱至极弱。

12主要隔水层

矿区内各含水层之间赋存有良好的相对隔水层，正常情况下，可起到隔水作用。除二叠系地层中层数众多的泥岩、砂质泥岩外，二1煤底板有三个隔水层组，隔水性能不一，现分述如下。①太原组上段顶部隔水层：太原组L9灰岩至二1煤底板之间的泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，沉积不稳定，厚度19～2961m，抗拉强度一般2MPa，在开采条件下失去隔水作用。②太原组底部铝土泥岩隔水层：寒武系顶部与太原组下段灰岩之间的铝土质黏土岩，厚211～1029m。据一矿区内钻孔资料，该隔水层厚度一般较薄。

2钻孔设计方案

21方案设计目的、原则

本次在23采区内-140m回风石门延伸设计1个水文观测孔，观测云盖山断层下盘寒武系灰岩含水层，二1煤层至寒武系灰岩含水层之间由针对寒武系灰岩含水层可将其与二1煤层之间距离近似为隔水层厚度，从已有资料分析，一矿范围内寒武系至二1煤之间厚度，由西向东、从浅部向深部变薄。为进一步查明寒灰水的富水性、准确掌握23采区二1煤层距寒灰间距，并对寒灰水位做到及时观测，以指导矿井防治水工作，根据矿研究决定在23采区-140m回风石门延伸边坡点硐室内施工水文观测孔。

为节约进尺，降低施工成本，并最大限度减少周围岩层变化对钻孔造成的影响，提高钻孔使用年限，设计尽量以立孔钻进，同时为防止各含水层之间人为的钻孔沟通，设计使用二级套管，太灰上下段含水层全段套管并管壁注浆封闭。

22钻场设计

钻场使用原-140m回风石门延伸变坡点处的硐室，在硐室内施工一4500mm×2000mm×300mm的钻机平台，位置靠硐室上帮。

23钻孔设计

本次设计水文观测钻孔1个，G5钻孔倾角-45°，距帮1m，与中线夹角29°31′12″，设计深度90m左右，一级孔径Ф168mm，下入Ф146mm套管10m，主要用作保护孔壁及太灰中上段少量出水时的封堵；二级孔径Ф133mm，下入Ф108mm套管42m，主要对太灰中下段进行阻隔；三级孔径Ф94mm，孔深90m，终孔层位为进入寒灰以下40m左右。

24設备选型

观测孔施工选用ZDY-4000全液压坑道钻机及配套钻探设备；井下注浆泵选用煤矿用双液变量注浆泵型号2ZBSB6-11/6-22。

3钻孔施工工艺

31钻孔施工

本次设计水文观测钻孔1个，G5钻孔倾角-45°，距帮1m，与中线夹角29°31′12″，设计深度90m左右。

32注浆工艺

如钻孔在揭露寒灰以前涌水量较大，或者钻孔揭露的岩层裂隙较大，对套管进行固管时有必要需要进行大量注浆。

（1）封套管采用管壁埋设四分注浆管，内返浆循环注浆方式，水泥浆浓度1∶16～18，孔口和四分注浆管都设闸阀，带压封孔，注浆压力不低于6MPa。

（2）如孔口渗水，采用双液注浆，水泥浆浓度（水灰重量比）1∶1～16，水泥浆与水玻璃的体积比1∶06～04。注浆工程中均使用标号不低于425#的水泥与35～42°Be规格的水玻璃。

（3）注浆压力应为静水压力的2～3倍，该区静水压力为188MPa左右，考虑注浆管的承压能力，注浆终孔压力应达到6MPa，持续时间25分钟。

（4）耐压试验以钻孔无出水现象为封孔合格，否则必须重新透孔注浆进行封闭。

（5）在水文观测钻孔施工过程中，若未打到设计下套管的深度，出现涌水，则停止钻进，进行注浆封堵，待水泥凝固后，重新透孔打至下套管深度，下套管，注浆封孔，待水泥凝固后在透孔打至设计含水层。

4钻孔施工技术要求

（1）为确保施工人员的安全，钻孔必须使用防喷冒和孔口钻杆卡持器等防喷反压装置，以免钻具被水顶出伤人。

（2）本次设计打压试验压力为6MPa，稳定时间25～30分钟，以孔口周围无渗水现象为孔口管固定合格；否则重新进行封孔，并再次进行耐压试验，直至达到设计要求为止。

（3）认真做好现场记录，准确记录各出水层位的初始水量、最大水量、稳定水量和水压、岩层层位、岩性、换层深度等，以便于收集，分析资料。

（4）施工时提前对-140m回风石门内的水沟进行清淤，保证水沟畅通，保证-150m水仓容量和排水能力要达到设计要求。

（5）防止钻孔塌孔及缩径措施：①对于下套管地带尽量岩芯管施工；②对下套管的孔段要尽量加大孔径；③在钻孔孔壁比较破碎处，可加压注浆后再钻进。

（6）施工过程中要认真执行钻孔防斜措施，钻孔结束后要由生产科组织有关人员进行验收，并填写验收单。

（7）钻孔终孔标准：G5孔为观测寒武系灰岩水文观测孔，终孔层位为进入寒灰以下40m左右。

（8）施工结束后，根据钻探记录情况绘制钻孔实际地层柱状图。

5防突水

在钻进工程中若出现岩松软、片帮或者钻眼中水压水量突然增大和顶钻等出水征兆或出水水压较大时，应当立即停止钻进，先不要拔出或摇晃钻杆，要设法固定牢固并将钻机及其他电气设备断电，及时按照避灾路线组织施工人员立即撤到安全地区，然后及时向矿调度室和有关科室汇报，听候处理。

6其他

未尽事宜执行《煤矿安全规程》等有关规定。

7灾害应急原则及避灾路线

71灾害应急原则

（1）打钻地点出现电器设备故障引起的火灾时，施工人员应立即组织现场人员扑灭火源，并将火势情况报矿调度和队值班人员，如火势增大无法控制时，应立即组织人员撤离灾区。

（2）打钻过程中发现附近瓦斯突然增大、顶钻或钻孔中水压、水量突然增大等异常情况时，须立即停止钻进，不准拔出钻杆，尽快将钻具固定，并立即将异常情况向调度汇报，同时派专人监测。发现情况危急时，必须立即撤出受威胁地区域人员撤到安全地点。

72避灾路线

出现火灾，灾情无法控制时，遇险人员应选择最近的路线撤离到地面。要尽快进入进风侧或新鲜风流中。

[作者简介]杜志远（1982—），汉族，河南禹州人，助理工程师，生产技术科副科长，研究方向：煤矿技术管理、安全管理。endprint