煤矿封闭不良钻孔评价与综合处理技术

煤矿封闭不良钻孔评价与综合处理技术

任金武

(河南能源化工集团永华能源有限公司，河南偃师471923)

摘要:

煤矿井田范围内都不同程度的存在封闭不良钻孔，为防止在开采过程中，封闭不良钻孔成为矿井充水通道，造成矿井突水，提出了如何评价煤矿封闭不良钻孔，通过分析矿井水文地质条件，针对不同的封闭不良钻孔情况，系统地提出了一套综合处理措施，可以有效地解决封闭不良钻孔的水害防治问题，技术具有一定的参考价值和指导意义。

关键词:封闭不良钻孔；钻孔处理；防治水；钻孔评价；启封钻孔；封堵钻孔

在不同历史条件下施工的钻孔，井田范围内都不同程度的存在封闭不良钻孔，这些钻孔往往贯穿若干含水层组、老窑、含水断层等。由于重视程度不够，钻探或水文孔使用后处理不力，在开采过程中，封闭不良钻孔可能成为矿井充水通道，使煤层开采的充水条件复杂化，给煤矿开采带来了重大隐患，危险矿井安全生产。据不完全统计，每年因钻孔封闭不良导致的安全事故多达百起，造成巨大经济损失。因此，必须高度重视其危害性，对封闭不良钻孔进行分类评价，采取有效的措施防治封闭不良钻孔引起的水害。避免封闭不良钻孔成为矿井充水通道，危险矿井安全生产。

一、封闭不良钻孔分析与评价

1、封闭不良钻孔的调查与分析

各勘探时期存在的钻孔是否存在导水威胁，需要认真调查分析，其具体步骤如下：

(1)绘制钻孔分布图，将过去不同时期钻进的各类钻孔都准确地标定在图上。尽量收集到柱状图、封孔止水资料、孔口标高和坐标、测斜数据以及其他有关资料，以便准确定位。在做采区巷道之前，必须对设计采区所能影响到的钻孔资料进行查阅，全面了解钻孔的封闭情况。对于钻孔资料不详、模糊的钻孔，必须以封闭不良钻孔对待，在设计说明中必须明确提出来，作为视在安全隐患来处理。没有坐标、标高的钻孔，应从旧图纸或对照现场地形地物确定位置，反求出坐标，便于查找。

(2)建立钻孔止水质量调查表，并对其封孔质量进行分析，对封孔质量不合格的、资料不全，无法评价的可疑钻孔，建立矿井封闭不良钻孔统计台帐，并将其标记在采掘工程平面图上，圈定警戒线和探水线，以引起高度重视。

2、封闭不良钻孔回采安全性评价

针对各种封闭不良钻孔都可能给矿井安全生产带来透水隐患，封闭不良钻孔开采时是否导水及采后是否滞后突水，就要对采煤工作面过封闭不良钻孔开采安全性评估。主要从矿井含水层充水因素分析、煤层采动覆岩破坏规律、导水裂隙带发育规律、钻孔封闭施工质量情况、煤层顶界面向上封堵高度等方面对煤层开采可能造成封闭不良钻孔垂向透水进行了分析和评估。封闭不良钻孔导水危险性影响因素指标可以分为5大类：较强充水水源、较弱充水水源、地质构造、采掘

活动影响和钻孔水文及封闭情况，如图1所示。主要以研究开采煤层主要充水含水层与钻孔应封段位的相对关系为基础，以采时不会引起垂向导水为原则加以分析，对原勘探钻孔封闭的可靠性重新进行分类评价，并进一步对其中封闭不良钻孔的安全性进行评价，评价其透水可能性及对生产影响程度，封闭不良钻孔分为无透（导）水威胁钻孔、有透（导）水威胁钻孔、透水危险钻孔。最后提出分类评价成果报告，根据提出相应的封闭不良钻孔的处置方案，确保安全回采。

封闭不良钻孔导水危险性评价影响因素

较强充水水源

较弱充水水源地质构造采掘活动影响钻孔与第四系含水层空间位置关系

钻

孔与寒灰奥灰含水层空间位置关系

钻孔与积水采空区空间位置关系

钻孔与二迭系砂岩含水层空间位置关系

钻孔与石炭系薄灰岩含水层空间位置关系

钻孔与断层空间位置关系钻孔与褶曲空间位置关系

钻孔与导水裂隙带发育高度的关系

钻孔与底板破坏深度的关系

钻孔水文及封闭信息

钻孔施工的简易水文及水文参数

钻孔封闭材料、层段及检查等情况

图1 封闭不良钻孔导水危险性评价指标

由于影响封闭不良钻孔导水危险性的指标因素较多，且其评价具有非线性、模糊性的特点，因此采用模糊综合评价的方法对钻孔危险性进行评价。首先把封闭不良钻孔导水危险性类型划分为无导水威

胁、有导水威胁和透水危险三类，组成评语集V={V 1,V 2,V 3};评价指标有4个，即强充水水源、较强充水水源、地质构造、采掘活动影响和钻孔水文及封闭信息，组成评价指标集U={U 1,U 2,U 3,U 4,U 5}。对于每个封闭不良钻孔，由于其影响因素的重要性不同，采用分析评价的方法，确定该封闭不良钻孔的5个指标权重，记为A={a 1,a 2,a 3,a 4,a 5}，并通过评价指标属于各评语集的隶属度R={r 1,r 2,r 3},得到从U 到V 的评判矩阵，再通过评判集和权重集的乘法运算求出综合评判向量：

S=[s 1,s 2,s 3]=[ a 1,a 2,a 3,a 4,a 5][34

24

14

332313322212312111

r r r r r r r r r r r r ]

其中，s 1,s 2,s 3分别为该钻孔属于无导水威胁钻孔、有导水威胁钻孔和透水危险钻孔的隶属度，根据最大隶属度原则判断封闭不良钻孔的导水危险性。

根据不同的封闭不良钻孔危险程度，作出回采安全性评估结论，在矿井生产过程中采取相应的安全措施：（１）对于判定为无透（导）水威胁钻孔，可以直接回采通过钻孔，采后及时观测采空区涌水量变化，以验证结论的可靠性，进一步总结经验和完善评估方法。（２）对于判定有透（导）水威胁钻孔，首先要考虑重新启封钻孔；其次可在生产过程中对钻孔探测、封堵，井下封堵能达到止水要求的可不重新启封。（３）对于判定为透水危险钻孔，预计危害性较大的且井下封堵效果达不到防水要求时，若具备地面启封条件可以重新启封。若找孔困难、启封难度较大，必须留设钻孔防水煤柱。

二、封闭不良钻孔综合处理技术

1、留设防隔水煤柱

对于有透水危险的封闭不良钻孔启封难度大，井下难以探测的可以采用留设防水煤柱；此法安全性可靠，缺点是需要对工作面进行改造，回采过程中增加运输设备，增加了回采的难度，降低了采煤效率，并且由于留设钻孔防水煤柱，造成煤炭资源难以回收，导致资源浪费；留设防隔水煤柱对回采过程中的安全管理、生产接续、资源回采率影响均较大。

2、井下探放封闭不良钻孔

对于判定有透水威胁钻孔，对该类钻孔首先进行开采安全性评价，若水压较小，分析不导通强含水层，采后不会发生滞后突水，可采用井下探放的办法，施工探放水钻孔，探明钻孔本身及周边的水文地质条件，充分论证分析安全后，可直接回采。该法不需要对工作面进行改造，不增加回采难度，能够充分发挥综采设备的优势，并且能够提高煤炭资源回采率。

3、地面启封钻孔

对于判定为透水危险钻孔，且预计危害性较大的且井下难以探放的必须重新启封，通过查阅钻孔孔口坐标、测斜数据以及其它有关资料，以便准确定位进行启封。对由于其它原因导致不能通过原有旧孔扫孔进行启封工作的钻孔，可在原孔邻侧补打辅助钻孔，选择合适孔段（裂隙发育岩层）向辅助孔高压注浆，采用辅助钻孔高压注浆封闭不合格旧钻孔，通过岩石裂隙，将浆液压入进原有旧孔后，通过高压注浆扩散到原孔周围一定范围岩体中，从而达到充填、封堵原有封