2019年第6
期2019年6月
0引言
近几年来，山西不少矿区都曾在采掘过程中遇封闭不良钻孔，造成多起井下突水淹井事故，给矿井安全生产带来了极大的水害威胁。尤其是上覆巨厚含水砂层地区，一旦导通突水流入矿井，危害极大。因此，梨园河煤矿必须解决封闭不良钻孔的问题，保障井下的安全开采。
1封闭不良钻孔的类型
在各煤田勘探期间施工的钻孔，受制于当时施工技术、工艺及管理水平等因素，易形成封闭不良钻孔，其类型如下：a)基岩段及松散层段基本没有封闭；b)封孔材料的质量和数量都未达标；c)勘探钻孔施工出现事故，钻具或试验器具遗留于钻孔，影响封孔质量，原勘探钻孔封孔基本都不良；d)原勘探钻孔兼做抽水孔，孔内套管连接不密实，出现漏水现象，增加了对钻孔封闭真实情况认识的难度；e)分段式封
闭，钻孔深度较大，对煤层顶板以上少部分段封闭，然后用草垛水泥等堵住井口[1-2]。
2
钻孔突水机理及危害
2.1
钻孔突水机理
各勘探钻孔都是施工多年的钻孔，其封孔方法大多数是采用水泥砂浆注浆式封闭。按照规范进行封孔设计，即三段式封闭。突水机理分析如下：a)孔内泥
浆或砂浆会不同程度地收缩，加上煤层采动导水裂缝带改变了封孔材料与围岩的接触状态，形成导水裂隙；b)封孔砂浆在井下爆破等震动条件下极易产生液化现象，其阻水能力变脆弱；c)煤层开采改变了地应力状态，水泥柱和围岩在动态地应力作用下变形产生差异，形成导水裂缝；d)一旦具备导水裂缝或水泥柱抵抗力下降，将导致钻孔发生突水、漏浆、漏砂事故[3]。2.2对矿井的危害
封闭不良钻孔导通老空水、松散砂层含水层、地表水体及强岩溶含水层，煤层一旦回采，以上水体会顺着钻孔被导入矿井突水。在陕北、内蒙古、宁东等地，巨厚松散砂层与大气降水及地表水密切相关，一
旦导通就会溃入矿井，造成人员伤亡、设施损毁；在河北、河南、山东、山西等地，煤层底板存在强富水岩溶灰岩含水层，带压开采时，封闭不良钻孔向下导通下部岩溶灰岩含水层，特别是奥陶系岩溶灰岩含水层，导通后会形成矿井突水，如图1所示。为此，矿井必须对封闭不良钻孔预留探水线或保护煤柱线，这可能使大量煤炭资源无法开采。
图1封闭不良钻孔突水示意图
收稿日期：2019-05-09
作者简介：彭海斌，1984年生，男，山西怀仁人，2015年毕业于大同煤炭职业技术学院煤矿开采技术专业，助理工程师。
封闭不良钻孔的突水危害及治理研究
彭海斌
（大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司梨园河煤矿，山西原平034000）
摘要：根据矿区钻孔存在的封孔质量问题，归纳了封孔不良钻孔类型，详细分析了钻孔突水机理及危害，对封闭不
良钻孔治理方法的实践应用进行了探讨。梨园河煤矿首采区启封不良钻孔取得较好效果，为保障煤矿安全生产起到了重要作用。
关键词：封闭不良钻孔；突水；探孔；注浆中图分类号：TD74文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2019)06-0064-02
Study on Water Inrush Damage of Poorly Sealed Boreholes and Its Treatment
PENG Haibin
(Liyuanhe Coal Mine,Xuangang Coal Electricity Co.,Ltd.,Datong Coal Mine Group,Yuanping 034000,Shanxi,China)Abstract:According to the sealed quality problem of drilling holes in mining area,this paper summarized the types of poorly se-aled boreholes,analyzed the mechanism and hazard of drilling water inrush in detail and discussed the practical application of treatment methods of poorly sealed boreholes.Unsealed poorly sealed boreholes in the first mining area of Liyuanhe Coal Mine has achieved good results,which played an important role in ensuring the safe production of coal mines.Key words:poorly sealed boreholes;water inrush;borehole inspection;
grouting
（总第165期）能源研究
图例煤层及矿井砂层含水层灰岩含水层钻孔
2019年6月2019年第6期
3实践应用分析
3.1井田概况
梨园河煤矿井田位于北东—南西向不对称宽缓向斜西北翼，海拔标高1923.5m，最低点位于赤泥泉村东河谷漫滩处，海拔高程1394.4m，是井田的侵蚀基准点，相对高差529.1m。新构造作用使井田整体表现为大面积抬升，一般基岩裸露或由侵蚀剥蚀的残坡积物覆盖。井田内沟谷纵横，暴雨后、洪水消退后，有许多泉水从岩层裂隙中渗出，流量很小。较大的沟谷是汪铁沟，延伸赤泥泉村东至井田外，长约7km，是阳武河源头之一，其余沟谷多汇入汪铁沟。井田内有水塘，丰水期最大面积仅1018m2，枯水期水溏干枯。井田南东沟谷有人工挖掘蓄水，建成的鱼塘面积很小。梨园河煤矿现用井口与工业广场均位于地势较高的山间凹地，近冲沟沟头，距地表分水岭较近，汇水面积小，没有地表洪流。
根据梨园河煤矿井田地质报告，对于该次的地质勘查活动，施工的钻孔已按设计的相应要求进行了封闭作业，但是没有进行相应的封孔质量的启封检查工作，无法对封孔质量做出评价，需要对通过封孔的设
计和开采作业加以重视。因此，梨园河煤矿筹备处多方面分析和咨询行业专家后，决定对首采区以往28个煤田地质钻孔进行启封。
3.2探孔
勾海峰该项目选定几个封闭不良煤勘钻孔进行工艺试验。首先在能准确到原钻孔的情况下，地面启封钻孔，采用探孔重新沿原轨迹揭开老钻孔。
3.3注浆
3.3.1注浆总压的确定
注浆总压决定着浆液的扩散距离与有效的充填范围，因此必须做好注浆总压的确定。注浆压力过低会导致漏注现象发生；注浆压力过高会使得注浆的扩散距离变大，同时还有可能会刷大原有裂隙通道，从而造成新的突破口，造成涌水量的增加。注浆总压来源有两部分：注浆泵所产生的压力、孔内浆柱自重压力。注浆总压计算公式如下：
P=P H+Hρ0
10
[]×9.80665×104，(1)
式(1)中，P为注浆总压，MPa；P H为孔口压力，MPa；H为计压点以上浆液柱高度，m；ρ0为浆液密度，g/cm3。
钻孔实践注浆经验表明，一般注浆总压应大于受注含水层最大静水压力的2倍，H的取值根据设计钻孔来进行确定。按照钻孔孔深及目的层埋深推算，P H拟定为3～5MPa时可认为该受注层段注浆已达到压力结束标准。
3.3.2注浆量标准及预计
a)注浆量标准。注浆作业进行至注浆压力达到结束标准后，必须降低泵量，直至泵量达到50L/min，保持泵量50L/min的时间30min。然后进行压水试验，测得单位吸水率q不大于0.01L/min时，即可认为该段达到注浆结束标准。否则，要求复注直至达到结束标准为止；
b)注浆量预计。为了达到预期注浆效果，根据封堵钻孔不同方案，必须注入足够的浆液堵塞钻孔外围约2m范围内的空隙、裂隙、断层等各类储水、涌水通道。注浆主要为3号煤层顶板以上170m至第四系之间各含水层。计算单孔注浆量约为58.8m3，水灰比0.85，当量水泥50t/孔，28个不良钻孔其中4个钻孔浆液有效扩散半径达到4.0m，当量水泥200t/孔。
3.3.3替浆
注浆管线采用Φ50mm钻杆加链接阀。注浆作业结束后，必须要对一二级搅拌池和注浆泵进行全面清洗，并将输浆管线、下井钻具内的水泥浆用清水替出，替水量一般是输浆管线、钻具容积的1.4～1.5倍，严防进浆通道被堵塞。越接近封顶越要认真计算替水量。终止注浆时，要避免向孔内注清水[4]。
3.3.4注浆工艺流程
一般都是选择水泥加膨润土浆作为注浆原料。水泥加膨润土浆主要适用在裂隙和小型孔隙类受注层段。为达到注浆效果，同时进一步提高注浆效果，二次搅拌注浆液，充分提高注浆效果。注浆工艺流程如图2所示。
图2注浆工艺流程图
3.4效果检验
根据单孔注浆量计算，基本注进浆液约为58.8m3，水灰比0.85，当量水泥50t/孔；28个不良钻孔中4个钻孔浆液有效扩散半径达到4.0m，当量水泥200t/孔。对抽取的3个钻孔进行重新探孔，取到合格水泥浆液，达到了启封效果[5]。
4结语
a)为了便于到钻孔老眼，对封闭不良的钻孔，应尽量在地面探孔启封；b)钻孔的启封必须尽量提前，一般在对掘进工作面设计之前就进行，这样就可以避免掘进巷道通过这些不良钻孔，从设计上避免因不良钻孔的存在而导致回采时老空水对矿井安全的危害；c)尽量减少井下爆破作业，防止井下爆破震动钻孔泥浆，使泥浆液化，进入生产巷道或回采工作面；d)对启封钻孔需进一步做研究工作，通过以后启封其他封闭不良钻孔，掌握更多的不良钻孔资料，同时也累积更多的防范经验，为梨园河煤矿生产中的启封封闭不良钻孔提供提供更多的方案，保障施工安全；e)对梨园河煤矿不良钻孔进行了长达1a的探索和研究。在梨园河煤矿井田首采区成功启封不良钻孔28个，启封效果较好，为该矿首采区的安全掘进及煤层开采避免了不良钻孔的水害威胁，为矿井防治水工作提供了有力技术支撑。水
水泥
膨润土
一次搅拌
三乙醇胺食盐
二次搅拌注浆泵注浆孔
（下转85页）
彭海斌：封闭不良钻孔的突水危害及治理研究
2019年6月2019年第6期
参考文献：
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（责任编辑：高志凤）
火电厂的煤炭燃烧数量大，要求燃烧效率高。火电厂煤炭燃烧是在大型的电厂专用锅炉中进行的，有高容量的锅炉炉膛和大型的通风孔、肥料排除孔，而且在燃烧中有氧气输送进入炉膛，能极大地提高锅炉中煤炭的燃烧效率和燃烧效果，从而提高煤炭的利用率。虽然从表面上看火电厂锅炉中煤炭的燃烧已经非常高效了，但是，细致分析锅炉数据可以看出，锅炉燃烧煤炭仍然存在许多问题，例如燃烧效率仍然不高、余热回收效率低等[2]。
3电厂锅炉节能措施分析
3.1控制锅炉热损失
中国的发电厂锅炉在煤炭燃烧过程中会排放出很多烟气，这些烟气不但会污染环境，还会带走煤炭燃烧过程中的许多能量，如果能将这一部分的能量加以利用，或者减少此部分能量的损失，煤炭燃烧的效率将显著提高。因此，在实际工作中，一方面，可以通过技术升级优化煤炭燃烧后烟气的排放过程，将烟气中的能量进一步转化为水的热能；另一方面，通过改善管理制度，严格执行煤燃烧的科学办法。具体的措施如下：a)严格遵守科学的燃烧定律，并结合实际计算控制燃烧中助燃剂的参与量，避免燃烧反应中出现任何一种物质过量的情况，导致物料浪费和反应不充分；
b)电厂锅炉开车前、运行中、停车后，要严格检查锅炉的完整性，及时发现不良影响因素；c)将锅炉中煤炭燃烧烟气再利用。积极引进或者研发烟气能量再利用的设备，比如格栅型烟气换热器，它是将烟气
中的能量截留，加热格栅管内的水，水回流进入总加热水槽或者另外使用，从而提高能量的利用率；d)注意锅炉燃烧中所采取的保温措施，提高热量利用率[3]。
3.2变频调速技术促进锅炉节能降耗
相互匹配才能实现能量之间的最高转化。在火力发电厂中，当锅炉加热水到蒸汽状态后，体积庞大的蒸汽需要通过汽轮机，但是设计中汽轮机的蒸汽通过量远低于此，这就导致了蒸汽的浪费，还可能损伤汽轮机部件。另外，蒸汽带动的汽轮机转速过高，但是发电机设定最大可接受速度远低于汽轮机的转速，这不仅会造成动能的浪费，而且会因为汽轮机传给发电机的转速过高导致发电机被损坏，破坏结构，或者严重磨损等。这些现象就是每个能量单元之间不匹配造成的，出现了类似“大马拉小车”现象。引入变频调速技术后，在技术上扩大了每个能量单元之间的兼容范围，通过变频技术调速提高每个能量单元的可调节性，从而保证整个系统的匹配兼容性，进而从能量传递的
角度降低了锅炉的能耗[4]。
3.3提高锅炉燃烧效率
a)锅炉中燃料的燃烧效果差，燃烧不充分，并且锅炉燃烧中热量损失严重是电厂锅炉能耗高的原因之一。就燃煤电厂锅炉来讲，煤粉燃烧过程中由于锅炉气密性差，导致在燃烧中含热气体无控制流失，降
低了锅炉内的热量，导致煤炭资源的损失，增加了电厂能耗；b)电厂设备的定期整理清洁。对汽轮机的内部做定期清理和隐患处理，处理发电机可能存在的隐性问题，重点处理锅炉燃烧后的物质，从而提高能量的利用效率，降低能耗；c)调整进风量。受电厂锅炉进风设备的限制，锅炉的进风点风速和风量的控制仍然难以实现，不能根据锅炉内燃料的燃烧需要控制风量和风速。这就要求电厂根据自身经济情况，在适当条件下积极引进更加先进的风控设备，在硬件上提高燃烧效率，降低锅炉能耗；d)选取更加优秀的燃料，加强电厂燃料管理。就燃煤锅炉来讲，在挑选煤炭供给时，要科学选取，不仅经济上要合理，而且要在煤炭质量上表现得更优秀。例如：考量煤炭中矸石含量、灰分含量，以及其他不燃、难燃甚至是阻燃物的含量；建立严格的煤炭进厂考核机制，对燃料的引进实行责任制，对燃料在锅炉中的投放设立责任制，随机考量燃烧效果，保证燃料从进厂到燃烧的效果。在生产中，严格杜绝、严厉整治燃料私用、私运的个人行为，从管理上推动电厂锅炉的运作，降低电厂锅炉能耗[5]。
4结语
综上所述，中国的传统电厂锅炉不论是在设备上，还是在技术上，都比较落后，导致热量的利用效果不佳，能耗高。这在人们积极寻求环境友好型的工业环境下显得格格不入，因此，迫切需要改进电厂锅炉的运转形式。通过对电厂锅炉节能的重要性和节能措施的研究，希望能对中国电厂的能耗降低提出些有用的建议。
参考文献：
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北京：中国电力出版社，2003.
（责任编辑：白洁）
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李浩淼：浅谈电厂锅炉工作及节能措施