封闭不良钻孔导水性分析及处理方案

赵从胜 鲁 亮

（济南贝克矿山工程技术服务有限公司，山东 济南 250031）

山东省七五生建煤矿340采区位于矿井-95m水平的西南部，采区内有各勘探阶段施工的钻孔共20个，其中63-57号孔组（63-57、63-57-1、63-57-2、63-57-3、63-57-4、63-57-5、63-57-6号共7个钻孔）为1963～1964年施工的水文地质钻孔。据钻孔柱状图资料，上述钻孔为抽水试验主孔及各含水层观测孔，施工后钻孔封闭情况资料不全，为防止钻孔导水危及安全生产，须对上述7个钻孔进行处理，以消除隐患。

1 63-57号孔组导水性分析

1.1 钻孔简况及封孔质量

63-57号孔组位于340采区东北角3401工作面内，地面位置在徐村东北角。该孔组为1963年9月23日～1964年5月6日（详查阶段）施工的水文地质钻孔，共7个孔，钻孔情况详见表1。

63-57号孔组封孔资料不全，通过对钻孔原始柱状图记录的钻孔封闭资料时间及钻孔抽水试验时间资料对比认为，钻孔原始柱状图记录的钻孔封闭资料为钻孔对抽水段以上地层采用套管封闭时的固管情况，并非对钻孔的最终封堵处理。分析认为，上述7个钻孔可能均未进行最终封堵，孔内可能有止水套管或含水层过滤管，但套管下入情况不明。这些钻孔若不进行处理，受3401工作面采动破坏后可能成为导水钻孔。

1.2 钻孔导水可能性分析

63-57号孔组有7个钻孔，均为水文地质抽水试验钻孔，抽水层位自下而上为：奥灰、本溪组十四灰、太原组十下灰及三灰、山西组3煤层顶部砂岩、第四系下部砂层和上部砂层（表1）。钻孔终孔于三灰底板以下的有5个孔，终孔于山西组顶部风化层的1个孔，终孔于第四系上含水层组底的1个孔。这些钻孔将可能以下面两种形式向矿井充水。

（1）含水层水相互连通向矿井充水

煤层开采后，地表沉陷，岩层在水平及垂向上都将发生断裂、位移，钻孔封闭止水的套管及孔壁发生变形，局部甚至出现断裂，套管失去止水作用，不同含水层水通过钻孔相互连通，并通过钻孔向矿井充水。

（2）地表水泄漏

各钻孔均为抽水试验孔，其终孔层位均为含水层段。抽水段顶部至地表一般为套管止水，含水层段（抽水试验段）均为裸孔。340采区开采后，预计地表将塌陷积水。当钻孔被积水淹没后，地表水可能通过钻孔向含水层和矿井不同程度地直接充水。

表1 63-57号孔组基本情况表

2 63-57号孔组隐患处理方案

根据以上分析，63-57号孔组水害隐患重点是钻孔在采动作用下将地表水、第四系水、奥灰水导入采掘工作面及采空区，威胁上、下组煤安全生产。针对目前井上、下现状，可供选择的水害隐患处理方案如下。

2.1 地面启封（方案一）

从63-57号孔组结构及终孔层位分析，除终孔于第四系上组的63-57-6号孔不受开采影响而向矿井充水外，其余6个钻孔由于各钻孔从抽水段均直通至地表，所以各孔均需全孔进行封闭处理。施工顺序：首先施工63-57号奥灰钻孔，而后按孔号由小到大依次施工。

2.2 井下探巷找孔封堵底部导水段（方案二）

当地面启封冲（投）孔达不到孔底时，应首先将全部钻孔第四系孔段封闭，以防止地表水及第四系水沿钻孔进入井下，然后对重点钻孔采用井下探巷找孔，封堵底部导水孔段。

（1）井下封堵钻孔的确定

63-57号孔组处3上煤层底板标高约-75m。据QW06-1号孔观测资料，奥灰水位标高-107m、十四灰水位标高-94.49m，均低于3上煤层底板标高。因此，本溪组灰岩及奥灰含水层水对3上、3下煤层开采一般不构成威胁，但威胁下组煤开采，所以井下需处理63-57和63-57-1号孔。

（2）施工顺序

为确保探巷施工安全，探巷施工前在3401运输巷向钻孔附近进行富水性探测，探明63-57号孔组附近岩层富水情况。如物探解释孔组附近岩层富水，则应采用钻孔探放。钻孔封堵施工顺序为先施工63-57号孔，后施工63-57-1号孔。

2.3 井下探巷找孔分段封堵导水孔段（方案三）

当地面启封不能实施时，为防止地表水、第四系水沿钻孔导入井下及奥灰水沿钻孔向工作面充水，可采用井下探巷找孔，分段封堵导水孔段。需处理的钻孔有：63-57、63-57-1、63-57-2、63-57-3和63-57-4号孔。其中63-57和63-57-1号孔除需封堵3上煤层以上孔段外，还应对3上煤层以下孔段封闭，其余钻孔只需封堵3上煤层以上孔段。

钻孔封堵施工顺序为先施工63-57-4号孔，而后依次施工63-57-3、63-57-2、63-57-1、63-57号孔。核定上述5个钻孔孔位后，从3401运输巷开门施工探巷。首先寻找63-57-4、63-57-3和63-57号孔，而后退至63-57-4号孔处开门继续寻找到63-57-2和63-57-1号孔后停掘。

2.4 留设防隔水煤（岩）柱（方案四）

（1）63-57号孔组孔位范围确定

分析认为，63-57号孔组（7个孔）中，63-57-6号孔为第四系上组孔，对矿井开采无影响，因此，防隔水煤（岩）柱留设只需考虑其余6个钻孔。根据钻孔柱状图提供坐标，63-57号孔组范围东西向长34.88m，南北向宽27.37m。

（2）防隔水煤（岩）柱留设尺寸计算

按照钻孔导水水源分析，地表水和底板奥灰水为主要防范对象，按照《煤矿防治水规定》附录三之二中保护通水钻孔防隔水煤（岩）柱的留设办法计算。计算公式如下：

式中：

L-防隔水煤（岩）柱留设的宽度，m；

K-安全系数,一般取2～5；

M-煤层厚度，m；

P-含水层水头压力，MPa；

Kp-煤的抗拉强度，MPa。

根据计算结果，考虑钻孔有一定的斜度（无钻孔测斜资料），建议开采3上、3下煤层留设防隔水煤（岩）柱宽度40m（以每孔中心为圆点，40m为半径划圆，以5个钻孔圆的外括线的圆滑连线），开采16煤层留设防隔水煤（岩）柱宽度25m。

3 结语

上述四种处理方案中，方案一简便易行，堵水效果好。方案二实质上是井上、下相结合，综合治理钻孔导水隐患的方案，即地面启封钻孔冲（投）孔未到终孔深度，只能封堵第四系孔段；为防止钻孔将开采煤层底部含水层，特别是奥灰水沿钻孔导入采煤工作面而采取的第二步施工方法；该方案技术上可行，治理效果好，但施工环节多。方案三为井下探巷找孔，分段封堵导水孔段，该方案施工环节多，技术难度相对较大，费用较高，工期最长。方案四是以上方法均无施工条件而不得不采取的方法，技术上可行，但经济上不合理。

综合考虑以上几种处理方案，本文推荐方案一，如地面启封未达到钻孔终孔深度，则采用方案二，即地面启封及井下探巷找孔封堵底部导水孔段的方法处理。