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1 5 2 专 差 舛技 2 0 0 7 年 增 刊 钻孔透水牲评价及因应对策 陈继伟， 邵庆祥， 于志江 山东省三河口矿业有限责任公司， 山东 济宁2 7 7 6 0 5 摘要该文针对三河口井田内存在的大量封闭不良钻孔给矿井安全生产带来的透水隐患， 从钻孔封孔质量、 矿井充水因素 分析、 三带发育规律、 导水裂缝带高度观测、 防水煤柱留设等方面对煤层开采后可能造成的封闭不良钻孔垂向透水进行 了分 析和评价， 并提出了可行性的处理方案， 实践证明该方法取得了较好的技术经济效果。 关键词钻孔透水性评价对策 山东省三河 口矿业有限责任公司 自6 0年代以来， 先后 进行井田普、 详、 精查勘探多次， 全井田累计施工钻孔共计 6 o 个， 钻孔密度达到 6 ． 3个， k m 2 ， 其中封闭质量不合格钻孔有 4 6 个， 占所有应封钻孑 L 的7 7 ％， 自矿井投产以来， 这些钻孔 制约着矿井的安全生产， 并造成大量煤炭资源无法回采。由 于三河口井田位于微山湖湖区， 对封闭质量不合格钻孔进行 重新启封操作难度大， 实施效果差。为此， 公司根据 3 煤采 动覆岩破坏规律及覆岩导水裂缝带高度观测成果对不合格 钻孔的透水性和安全性进行了分析评价， 并有针对性的采取 了应对措施。 1 钻孔封孔质量评价及危害性分析 1 ． 1 封孔质量评价 井田范围内钻孑 L 大部分为六、 七十年代施工的钻孔， 当 时的封孑 L 标准规定为从最上一层可采煤层向上封 3 0 r n高度 为合格， 但从生产矿井实际开采情况来看， 达不到止水 目的。 为确保矿井安全生产， 公司采用山东煤田地质局现在执行的 新标准， 对各勘查阶段施工钻孑 L 的封闭质量重新进行了评 定。该标准在封闭高度方面的主要 内容为 石炭二叠纪煤 田， 只见下组煤的钻孔， 自终孔深度封至最上一层可采层见 煤点以上 l O O m； 有上组煤或全部煤层的钻孔， 均自终孔深度 封至最上一层可采煤层以上 2 0 0 m。第四系、 侏罗系两个界面 各封4 0 m 即界面上下各封 2 0 m 。湖区施工钻孑 L 由孑 L 底封至 孔 口。 经过重新评定， 发现在井田范围内的 6 0 个钻孔中， 合格 钻孔仅有 1 0个， 占应封钻孔的 1 7 ％； 其结果见表 1 。 表 1 钻孔封闭质量一览表 不合格 无结论 阶段 合格 个数 存在问题 封 闭高 度 不够 ， 界 面、 井 详查 5 口未封 封闭高度不够， 界面、 井 精查 5 口未封 封 闭 高 度 不 够， 界 面未 精查补勘 3 4 封 ， 样品 固结差 封闭 高 度 不够 ， 界 面、 井 矿井地质勘查 l O 2 4 口未封 合计 1 0 4 6 4 1 ． 2 封闭不良钻孔危害性分析 矿井构造为中等偏复杂， 受边界断层切割， 呈封闭型的 水文地质含水构造， 井田内断层导水性较差 ， 矿井水文地质 条件属简单 中等类型。开采 3煤层时主要充水含水层是 其顶、 底板砂岩含水层 ， 其“ 两带” 高度 内的顶板砂岩为直接 充水含水层。3 煤顶底板砂岩含水层富水性不均， 局部 由于 构造裂隙发育而富水性较强， 主要以静储量为主， 在不接受 封闭不 良钻孔引起的垂向贯通补给的情况下易于疏干， 但由 于井田范围内分布有大量的封闭不合格钻孔， 存在垂向导通 上部第四系砂层含水层、 侏罗系含水层， 向下导通太原组石 灰岩含水层、 本溪组石灰岩含水层， 奥陶系石灰岩含水层等 的可能， 三河口井田位于湖区， 第四系砂层含水丰富， 封闭不 良钻孔使矿井突水的可能性增加， 造成的安全隐患尤为明 显， 矿井初期开采遇到钻孔时都留设了煤柱， 导致大量煤炭 资源无法回采。 2 钻孔透水性评价 2 ． 1 钻孔透水性评价方法 井田内的大量封闭质量不合格钻孔， 需要根据本井田 3 煤采动覆岩破坏规律和覆岩导水裂缝带观测成果， 从导水裂 缝带高度、 安全煤 岩 柱留设 t煤顶界面向上封堵高度等 方面， 分析封孔质量不合格钻孔的安全性 ， 评价其透水可能 性， 评估对生产影响程度， 根据矿井开拓开采布局和生产进 度对封闭不良钻孑 L 采取处理措施。 2 ． 1 ． 1 覆岩导水裂缝带高度观测成果 导水裂隙带高度探测采用井下打仰上孑 L 、 双端堵水、 分 段测漏技术， 利用山东科技大学的专利产品钻孔双回路 注 放 水系统来实现现场观测。本探测方法具有测试精度 高、 简单有效 、 重复性好且技术经济效益明显的优点， 能够为 矿井浅部第四系松散层下开采的水害防治、 提高开采上限、 对封闭不良的钻孔是否启封提供科学、 可靠的依据。 采用上述观测方法成功取得了本井田3 煤覆岩导水裂 缝带高度的确切数据， 即导水裂缝带最大高度为 5 3 ． 1 l m ， 按 照 3 煤实际采高 4 m计算， 裂采比为 1 3 ． 2 。 2 ． 1 ． 2 钻孔透水性评价方法分析 煤层开采后， 其覆岩要发生破坏和位移。覆岩破坏和位 移具有明显分带性， 在采用走向长壁全部冒落法开采缓倾斜 煤层条件下， 只要采深达到一定深度， 覆岩 下转第 1 5 4页 维普资讯 1 5 4 堪爰 科技 2 0 0 7 年 增 刊 安全意识， 操作技能和 自我保安能力。 8 正确处理安全与生产的关系 各级政府和煤矿领导及职工把安全生产当作头等大事 来抓， 切实处理好安全与效益、 安全与生产的关系。当生产 与安全出现矛盾时， 安全是第一位的， 要树立人是最宝贵的 思想， 努力做到不安全不生产， 隐患不处理不生产， 措施不落 实不生产， 在确保安全的前提下， 实现生产经营的各项指标。 实践证明， 理顺并协调好安全与生产的内在联系， 安全与生 产就会相互促进， 共同发展， 实现安全生产 ， 反之安全与生产 就会相互制约， 造成安全和生产的被动局面。 作者简介李中士 1 9 7 3一 ， 男， 工程师， 大专学历， 现在济 宁市金桥煤矿安全科工作。 上接第 1 5 2页 图1 井下覆岩导水裂缝带高度观测示意如图 的破坏和位移可出现三个具有代表性的部分， 自下而上分别 为 冒落带、 裂缝带和弯曲带。冒落带内岩块之间空隙多， 连 能性强 ， 是水和泥沙溃入井下的通道， 也是瓦斯逸出或聚积 的场所。裂缝带的裂隙主要有两种 一种是垂直或斜交于岩 层的新生张裂隙； 另一种是沿层面的离层裂隙。离层裂隙是 储水和导水的通道。裂缝带之上也有离层裂隙， 可以层间导 水， 但因垂向裂隙不发育， 故不与下部裂隙沟通。裂缝带的 下部垂向裂隙逐渐发育增强 ， 离层裂隙和垂向裂隙连通 ， 导 水性明显增加， 并能向下渗流直到采空区， 故裂缝带又称为 导水裂缝带。导水裂缝带若波及水体， 可将水导入井下。但 由于裂隙宽度及途径转折限制， 一般不透泥沙， 特别是其上 部透泥沙的可能性很小。弯曲带 中离层裂隙仅局部充水而 不与导水裂缝带连通 ， 弯曲带具有隔水保护层的作用。 根据以上对由于采动破坏形成的“ 三带” 特点的分析可 以看出， 煤层开采后改变矿井局部水文地质条件的因素主要 是导水裂缝带部分， 只要导水裂缝带不波及水体 和强含水 层， 就能最大限度地确保在水体下采煤时不发生溃水 、 溃砂 事故， 使矿井涌水量不致大量地 、 急剧地增加， 保证正常的作 业环境。 井田内分布有大量的封闭质量不合格钻孔， 根据采用覆 岩导水裂缝高度探测方法获得的本井田的裂采比及导水裂 缝带最大高度， 计算出三河口井田内3 t煤与3 下煤开采后防 水煤柱高度和防砂煤柱高度。若 3 上煤顶界面向上封堵高度 大于防水煤柱高度和防砂煤柱高度， 则可以认定该钻孔能够 达到防水要求， 不需重新启封， 若 3 E煤顶界面向上封堵高度 小于防水煤柱高度和防砂煤柱高度， 则认为该钻孔存在程度 较严重的透水隐患， 要重新启封或采取其他防治措施。 2 ． 2 钻孔透水性评价结果 根据覆岩导水裂缝带高度探测获得的裂采比为 1 3 ． 2 、 导 水裂缝带最大高度为 5 3 ． 1 l m， 经过计算， 三河口井田内 3 煤与3 下煤开采后防水煤柱高度为 1 2 0 ． 4 m， 3 t煤与 3 下煤都 开采后防砂煤柱高度 5 6 m。对于三河口井 田内的钻孔， 分别 按上述计算的防水与防砂煤柱的数据 ， 对照钻孔实际封孔资 料， 判别了需要启封的钻孔， 如表 2所示。 表 2 需重新启封钻孔 按防水煤柱需启封钻 L 按防砂 煤柱需启封钻 L 6 3 2 3， 6 3 2 7 ， 6 4 3 8， 仅采 6 4 3 9 ， 6 45 4 ， 6 45 7 ， 6 3 2 7， 6 43 8， 6 45 7， 6 4 6 4 5 8， 6 4 6 3 ， 6 6 1 3， 3 上煤 6 3 ， 6 6 1 3 ， 6 61 5 ， 6 6 2 2 6 6 1 5， 6 6 2 2 ， 6 6 2 9， 6 74 ． 6 7 1 2 O 6 3 2 3， 6 3 2 7 ， 6 4 3 8， 6 3 2 7， 6 43 8， 6 4～ 3 9， 6 4 3 上 与 6 4 3 9 ， 6 45 4 ， 6 45 7 ， 3 煤 6 45 8 ， 6 46 3 ， 6 61 3 ， 5 9 ， 6 45 7 ， 6 45 8 ， 6 46 3 ， 全采 6 6 1 5 ， 6 62 2 ， 6 62 9 ， 6 61 3 ， 6 61 5， 6 6 3 2 ， 6 7 4， 6 61 2 0 6 7 4 ． 6 7 1 2 O 上表中有 l 4 个钻孔的 3 上煤顶界面向上封堵高度小于 防水煤柱高度， 在生产过程中揭露后容易导通上部含水层， 对安全生产影响较大， 需要重新启封或留设防水煤柱。 3 采 取措施及实施效果 1 对于判定为封孔合格的钻孔， 井下提前打钻探测、 采 后及时观测局部涌水量变化， 以验证该结论的可靠性。 2 对于判定为需重新启封的钻孔， 在生产过程中加强 对钻孔所在区域的探测， 在井下确定其准确位置后， 进行井 下封堵能达到止水要求的可不重新启封。 3 对于判定为需重新启封的钻孔， 预计危害性较大的 且井下封堵效果达不到防水要求时， 若具有地面启封施工条 件可以重新启封。若找孔困难 、 启封难度较大， 应留设钻孔 防水煤柱。 对照表 1 和表 2可以看出， 对封闭不 良钻孔的透水性进 行评价后， 须重新启封的钻孔由4 6 个减少到 1 4个， 在判定为 不需重新启封的 3 2 个钻孔中， 目前已揭露 3 个 ， 推采过程中 及推采后矿井均未出现涌水量大量增加现象。实践证明， 经 过对封闭不良钻孔进行重新评估并采取相应措施后． 为矿井 节约了大量的不必要的生产开支， 减少了留设钻孔防水煤柱 占用煤炭资源量， 保证了矿井的安全生产。 作者简介陈继伟男， 现任山东省三河口矿业有限责任公 司地测科主任工程师。 维普资讯