煤矿井下不良钻孔封堵材料实践研究

[摘要]煤矿封堵不良钻孔形成导水通道与奥陶系石灰岩含水层发生联系时，极易造成突水事故，严重影响安全生产。以澄合山阳煤矿封堵不良钻孔为例，对不同注浆材料封堵效果进行了对比分析。

[关键词]钻孔 封堵不良 水害防治 注浆材料

[中图分类号] TD41 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-11-60-1

煤矿井下封堵不良钻孔形成垂向导水通道，当井下采掘活动揭露或接近时，可能造成突水事故，因此必须对其进行封堵。本文以陕西澄合矿区山阳煤矿实际封堵为例，对不同封堵材料进行了实践研究。

1矿井水文地质条件

山阳井田属陕西渭北中部井田，该区域奥灰静水位标高为+371m，属承压开采。主要充水水源为太原统K2段和奥灰峰峰组二段含水层水，其中K2含水层富水性中等，但与奥灰强含水层发生水力联系时，充水性急剧增加，极易造成突水事故。

2出水概况

2.1巷道情况

矿井南翼辅运大巷底板标高+301m，掘进临近12-3钻孔时出水，水量40m3/h，且具有一定的水头压力，硫化物气味较明显，水温23-25℃。巷道揭露岩性为5号煤顶板细粒砂岩。

2.2水源及成因判定

巷道水源及出水原因主要由以下3个方面进行判定：

（1）钻孔终孔记录显示已封堵，但钻进该层位时有漏水情况，初步判断钻孔实际封堵不佳，至少导水通道与该钻孔关联较大。

（2）现场出水量40m3/h，并伴随有较明显的硫化物气味，水温约23-25℃左右，口感较涩，与顶板砂岩水差异明显，基本排除顶板砂岩水可能；观测后期水量较为稳定，且具有水头压力，与该区域底板水文特征吻合。

（3）提取水样进行水质化验，水质类型为HCO3・Cl-Na・Mg型，矿井奥灰水质类型为SO4・HCO3・CL-Na・Ca・Mg型，两者差异明显；K2水质类型为HCO3・Cl-Na型 ，两者水质一致；尤其水样中Na离子及硬度与K2水样基本相同，分析判断为K2水。

综合以上分析，判定大巷掘进临近钻孔时，由于钻孔封堵不良形成导水通道，底板K2灰岩水透过导水通道进行工作面。矿井制定相关措施并进行探放水后掘进2m左右揭露该钻孔，确定为封堵不良钻孔。

3封堵不良钻孔

3.1钻孔封堵不良原因

钻孔实际封堵不佳，分析该钻孔导通K2含水层后，K2水呈较高水压、流速冲刷套管周边，这封堵套管的水泥被稀释难以凝固导水通道，即使下止水塞止水并封孔，但套管周边隐形导水通道依然存在，造成钻孔潜伏封堵不良。

3.2封堵方案实施

首选在该钻孔周边5m处打斜孔与其贯通，孔径φ172mm，并下放φ168mm一级止水护煤壁套管；钻孔内下放5m套管并安装阀门以防注浆液溢出，固管后下入木楔子（见图1）；斜孔安置法兰盘与注浆管路连接，封堵注浆完成后再对立孔、斜孔进行封孔，注浆材料采用低粘度，双组分合成高分子聚亚胺胶脂材料―马丽散，该材料遇水产生膨胀反应或发泡生成多元网状密弹性体注入通道从而达到堵水效果。

注浆完成后，钻孔无水，但在注浆结束24小时后发现钻孔及周边裂隙出现涌水，水量37m3/h，注水效果不佳；后利用水泥掺合硅酸钠（俗称水玻璃）进行二次注浆，水：灰：例：0.8：1：2，注浆完成后经后期观测，钻孔无水，达到封堵目的。

3.3封堵材料的分析

初期采用了遇水膨胀性极佳并且反应迅速的马丽散，可缩短施工周期，但效果不佳，后期采用水泥材料达到封堵目的，分析原因有以下几点：

3.3.1材料特征

马丽散柔韧性极强，反应速度非常快，遇水后十几秒内反应或发泡生成多元网状密弹性体泡沫且不溶于水，利用高压推挤注入到煤岩层裂缝，直到将所有裂隙充填，并与地层形成强粘合力，迅速封住水流，理论上完全适合。

3.3.2差异效果分析

本次钻孔封堵过程中，钻孔内水流、水压较明显，马丽散遇大量水后凝固过快，在钻孔上半部形成泡沫堵管，水流暂时封堵，在短时间内水流也无法透过其他裂隙通道进入巷道底板，但在24小时以后部分马丽散二次膨胀形成的裂隙受水流冲蚀，加之马丽散本身反应形成的发泡材质相对水泥灌浆强度低，钻孔水在一定压力下冲蚀钻孔通道，并由周边裂隙重新进入底板，反而是水泥与水玻璃掺合以后注浆，水玻璃起到速凝作用，并且强度高，最后达到封堵目的。

4小结

通过此次矿井对封闭不良钻孔实施封堵过程来看，得出主要结论如下：

（1）井下大巷临近封堵不良钻孔时，资料虽然显示钻孔已封堵，但是在奥灰岩层段影响区域有可能出现隐形封堵不良，针对水文资料异常情况，在生产过程中坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，并执行相应的防治水措施，以实际现场水文地质情况为准。

（2）马丽散适用于加固裂隙和水头压力较小、出水量有限的环境，在水压、水量相对偏大时并不适用；水泥灌浆相对施工周期长，但强度大，施工成本较低。周边王村斜井煤矿利用马丽散在一采区大面积淋水段堵水失败，但在中央泵房渗水段堵水成功，也证明了这一点。

（3）矿井后期水害治理过程中，应根据实际情况合理采用水泥封堵、马丽散或其它原料注浆、钻孔疏放、导水槽施工等方案，安全有效的保证矿井安全生产。

参考文献

[1]中国煤田地质总局编著.中国煤田水文地质学[M].北京：煤炭工业出版社，2001.7.

[2]杨建国，姜怀友.漏水钻孔封堵技术研究[J].山东煤炭科技，2009（01）.