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煤矿井下探放水钻探的施工

朱明诚

煤矿井下探放水钻探施工现场布设一般如下图所示：

1-泥浆泵2-蓄浆池3-泥浆搅拌机4-流量调节阀5-泥浆管道6-水龙头7-钻机

8-钻杆9-防突封孔器10-高压闸阀11-孔口管12-钻孔13-钻杆逆止阀14-钻头

图1煤矿井下探放水钻探施工现场布设图

与一般地面钻探不同，煤矿井下探放水钻探施工钻孔由于施工地点在地表以下，常常会受到突然钻到含水构造后的高压水水害威胁。钻孔如果预防措施不足，就会造成施工人员伤害、施工安全失控的事故。更严重的会造成由于探放水钻孔施工导致淹井事故。这类事故以前在多处矿山发生过。因此，煤矿井下探放水钻探施工比其他钻探施工多了钻孔孔口防突及保护措施。上图中，就有孔口管安设、防突封孔器与高压闸阀二级孔口防护、钻杆逆止阀防突等钻孔施工的水害预防措施。

与一般地面钻探相同的是，煤矿井下探放水钻探施工钻孔根据地层条件的不同，需选用不同的钻进方法、破岩钻头材料及配套工艺。

煤矿井下探放水钻探在接到施工任务书后，一般需按照以下的工艺流程进行。

图2煤矿井下探放水钻探工艺流程

钻孔设计是在煤矿探放水施工中有着特殊的意义，主要包含以下内容：

探放水地点区域的水文地质条件预报。其应包含探查水害的类型、水头高度（水压）、积水量、与其他含水层（积水区、地表水体）的水力联系等。

探放钻孔孔口安全装置及耐压要求、止水管长度、固结要求和施工技术要求等。

受水威胁地区信号联系和避灾路线。

通风措施和瓦斯检查制度，要制定防止在探水过程中瓦斯或其他有害气体涌出的防治措施。

防排水设施，如防水密闭、水闸墙等设计及水仓(窝)、水泵、管路、水沟等排水系统及能力的具体要求和安排。

钻探及放水安全施工技术措施、水情及避灾联系汇报制度、灾害处理措施和交接班制度等。

如孔口围岩条件非常差（松软、破碎），围岩条件较好地段距孔口较远，则应先考虑采用加固孔口围岩后进行孔口防突方案。如困难太大则需采用深孔或孔中分段防突方案。深孔封堵防突方案一般采用胶囊与组合阀门进行，只能在揭露水气害后方可进行，仅适用于较小水气量探放水钻孔的施工。要事先对孔中地质条件进行详细分析，选好封堵位置，做好预防预案。

2钻进中的防突控制

探放水安全装置由孔口管、防突封孔器、孔口高压阀和钻杆逆止阀(必要时安装)等组成，见图4。

图4探水孔孔口安全装置示意图

1－钻杆；2－防突封孔器；3－孔口高压阀；4－孔口管；5－钻杆逆止阀；

6－钻头；7－地层；8－截止阀（排渣、水压测量、注浆用）

探放水钻孔钻进施工中，先行在孔口安装大直径孔口高压阀，并将钻杆逆止阀安在钻头后面，以便遇高压水及有害气体时带压卸钻具，钻头入孔后，安装防突封孔器，但不要旋紧，以减小钻具扭矩损耗。打开封孔器旁路截止阀开始钻进。钻进过程中，如遇水、气突出，关闭旁路截止阀，调整防突封孔器松紧以进行可控制逐步卸出钻具。最后卸钻头时要注意先关闭大直径孔口高压阀，后将防突封孔器前法兰放松与钻头一并卸出。期间可在封孔器旁路截止阀处安置三通管路进行钻孔内压力监测。钻孔施工完成后，可在大直径孔口高压阀外安装管线以便进行可控放水或注浆封闭钻孔。

3探放水钻孔的封孔技术

在完成预定任务的探放水钻孔可能作为后期不良导水钻孔的情况下，必须进行封孔处理。如探断层水的钻孔，若断层水来自强含水层，通过留设防水煤柱预防导水断层，则要求注浆封闭钻孔。

探放水钻孔的封孔主要是要求封孔深度必须达到可靠封孔深度。探放水钻孔的封孔是非常重要的。因钻孔封闭不当而导致的次生灾害在国内曾有很多案例。因此探放水钻孔在钻进前需认真分析地层资料，做好封孔设计及应急预案并严格执行。

因钻孔封闭不当而导致的次生灾害及防治措施主要有：

1）因事先估算失误，孔口管安设深度不足及无孔口防突措施，在钻孔突遇高水压、大流量涌水时，导致孔口无法控制而造成钻孔突水事故，严重者可造成淹井。

发生这类现象时，要按照以下步骤进行处理：

（1）首先要稳定住钻机，不得冒然退出孔内钻具。

（2）设法通过泥浆泵高压三通阀对钻孔涌水进行可控疏排泄压。

（3）在孔口与钻具间埋设注浆管及采用棉纱、木楔等材料封堵其余孔口漏水点。

（4）进行第一序注浆重新控制钻孔。对于钻孔进行反循环注浆。即通过注浆管注浆，在钻具返浆时暂时停止注浆，见图3。注浆浆液选用水泥系浆液或化学浆液。水泥系浆液配比宜选用水灰比0.6：1~1:1（重量比）的水泥浆或0.2：1~0.5:1（体积比）的水泥-水玻璃双液浆。化学浆液按有关说明施工。

（5）待一序注浆材料达到可靠强度，进行二序升压注浆封闭钻孔。

图5钻孔反循环注浆封孔示意图

2）钻孔在实施孔口闷板封孔时，注浆封闭深度不足，注浆压力太高而造成受注地层产生“劈裂”效应，使钻孔孔底高压水导通至施工硐室，造成滴