井下水文孔封堵及帷幕注漿技術(shù)

武 威，尹玉忠，郭明剛，白利民

井下水文孔封堵及帷幕注漿技術(shù)

武 威，尹玉忠，郭明剛，白利民

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司地質(zhì)處，山西 太原 030053)

以鎮(zhèn)城底礦井下水文鉆孔出水為例，分析了出水事故的原因，并根據(jù)出水水壓較大的情況，提出通過配重減壓，在隔水層安置止水塞止水的治理方案，達(dá)到止水的目的。提出帷幕注漿的方法，封堵了導(dǎo)水的裂隙、構(gòu)造等通道，改良隔水層性能，為今后9#煤開采創(chuàng)造安全水文地質(zhì)條件。

鉆孔;突水;封堵;注漿

1 概況

以西山煤電股份公司鎮(zhèn)城底礦GS－13－2水文孔出水為例，鎮(zhèn)城底礦主采煤層為 2#、3#、8#、9#(表1)。GS－13－2孔于2002年6月完工，位于礦井內(nèi)+760大巷水文孔硐室中(見圖1)，為井下水文鉆孔，用于地質(zhì)補(bǔ)充勘探，及水文觀測(cè)。到2011年8月，硐室右?guī)偷装宄霈F(xiàn)4個(gè)出水點(diǎn)，出水150 m3/h左右，經(jīng)幾個(gè)小時(shí)后達(dá)到230 m3/h左右，水壓1.3 MPa左右，并伴有濃烈的硫化氫氣味，經(jīng)分析確定該孔套管經(jīng)10年腐蝕出現(xiàn)破裂，硐室受采動(dòng)及地質(zhì)應(yīng)力影響，導(dǎo)致地層產(chǎn)生裂隙導(dǎo)水。因此，決定對(duì)該孔進(jìn)行封堵。

表1 鎮(zhèn)城底礦主要可采煤層特征一覽表

圖1 水文孔硐室剖面圖及平面圖

2 鉆孔啟封

2.1 鉆孔基本情況

1)該鉆孔開孔層位為8#煤，終孔層位為奧陶系上馬家溝組下段，孔深80 m時(shí)進(jìn)入奧灰?guī)r。開孔孔徑為d450 mm，第一套管為d377 mm無縫鋼管，逐段套管孔徑為 d325 mm、d273 mm、d219 mm、d168 mm，終孔孔深為380 m，孔深80 m進(jìn)入奧灰?guī)r，173.68 m以下為花管(見圖2)。

2)該處底板標(biāo)高為771 m(8#煤層)，奧灰靜水位標(biāo)高+900，帶壓129 m，隔水層厚度為80 m，突水系數(shù)為0.026 MPa/m，隔水層厚度為80 m。

圖2 鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 啟 封

1)根據(jù)抽水資料預(yù)計(jì)啟封后的最大出水量為300 m3/h，遂加設(shè)2臺(tái)單泵能力280 m3/h排水設(shè)備，增設(shè)至3趟4英寸排水管路、1趟8英寸排水管，使排水能力達(dá)到560 m3/h，保證開孔后排水安全。

2)啟封后水量增大至280 m3/h，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)H2S氣體為0.08 ppm，遂加大通風(fēng)，拋灑生石灰，開啟2臺(tái)水泵排水，并安排技術(shù)人員24 h監(jiān)測(cè)水量變化和水文孔硐室內(nèi)的H2S的濃度，因?yàn)闇?zhǔn)備充分，涌水排出正常。

3 鉆孔封孔

1)探孔深。探孔達(dá)到200 m以下，即127鉆頭進(jìn)入168 mm套管內(nèi)50 m以上，為下一步下置止水塞做了準(zhǔn)備。然后探變徑深度及準(zhǔn)確掌握168 mm套管頂端位置和273 mm套管頂端位置。

2)止水塞的制作和下放。

a)根據(jù)實(shí)際探測(cè)情況加工了長(zhǎng)2 m，孔徑190 mm止水塞，d140 mm圓鋼24 m(8根)，先將圓鋼下至168 mm套管內(nèi)，然后在190 mm止水塞纏上膨脹膠皮下至168 mm套管頂部，深度為145 m，8月19日凌晨，第一組止水塞和圓鋼順利下到預(yù)定位置，水量由280 m3/h減小為170 m3/h。止水塞及圓鋼配重共3.35 t。

b)繼續(xù)加工長(zhǎng)2 m，孔徑297 mm止水塞和5根圓鋼(每根長(zhǎng)3 m，孔徑200 mm)，準(zhǔn)備第二次封堵，8月21日先下完圓鋼后，在止水塞纏上膨脹膠帶下至53 m被卡。經(jīng)研究決定進(jìn)行掃孔，另外探測(cè)325 mm頂端位置，考慮再增加一止水塞。

8月23日，用325 mm鉆頭下至孔口下7 m處，鉆頭被卡，后改用350 mm鉆頭進(jìn)行掃孔，掃孔至7 m，仍無法下去。接著用300 mm鉆頭掃孔至70 m，止水塞不纏膨脹膠帶下至70 m處，但纏上膨脹膠帶還是下至53 m被卡，提起止水塞，膨脹膠帶破損。經(jīng)過認(rèn)真分析考慮水壓大，配重不夠，止水塞尺寸可能不符要求，重新制作了長(zhǎng)0.9 m，孔徑302 mm止水塞，又增加了7根圓鋼配重(孔徑200 mm)，9月3日將2根止水塞和12根圓鋼下至孔口下70 m處，水量穩(wěn)定，約60 m3/h。4個(gè)小時(shí)后孔口無水，周邊有少量水，約2 m3/h。達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以注漿封堵。止水塞及圓鋼配重共10.59 t，兩次下止水塞(見圖3)和圓鋼配重約重13.94 t。

圖3 止水塞示意圖

4 注漿工程

4.1 封孔注漿

施工隊(duì)組按照設(shè)計(jì)采用注水泥及水玻璃混合漿徹底封閉，9月5日注完漿后，孔口和周邊裂隙有返漿現(xiàn)象，用堵盤將孔口封住。9月7日打開堵盤，進(jìn)行驗(yàn)孔，泥漿凝固效果良好，水泥漿下沉2 m，繼續(xù)注漿至孔口，兩次共用水泥12 t。

4.2 帷幕注漿

1)工程目的。

a)防止奧灰?guī)r溶水通過裂隙構(gòu)造等通道涌入礦井。b)加固煤層底板隔水層，改善隔水層隔水性能。c)為今后9#煤開采創(chuàng)造安全水文地質(zhì)條件。

2)施工方案。

根據(jù)該孔附近地層構(gòu)造、裂隙發(fā)育程度，結(jié)合各方意見，施工方案為：以GS－13－2號(hào)孔為中心，3 m半徑內(nèi)均勻布置13個(gè)帷幕注漿孔(注漿鉆孔參數(shù)及位置見表2，圖4)，設(shè)計(jì)孔徑 d89 mm，孔距1.5 m，單孔孔深25 m，共計(jì)325 m。

表2 帷幕注漿鉆孔布置參數(shù)

圖4 鉆孔布置圖

具體施工：每孔d133 mm開孔，下d108 mm鋼管3 m，然后d89 mm孔徑裸孔鉆進(jìn)至孔深25 m處，待13個(gè)注漿孔鉆探施工全部結(jié)束后，按對(duì)角孔順序依次用4～5 MPa壓力泵將425號(hào)水泥漿摻入速凝劑注入孔內(nèi)，直至孔口，待注漿液不再滲漏、跑漿，且無水從孔口涌出，孔內(nèi)水泥漿充分凝固(不少于24 h)后，進(jìn)行下一個(gè)孔的注漿，直至注漿工程全部結(jié)束。

注漿孔口管為絲扣連接，外接4英寸法蘭盤。下入孔口管后，采用水泥漿固結(jié)，為增加與孔壁摩擦力，可在管外繞8～10號(hào)鉛絲。一般情況下，固結(jié)時(shí)間大于24 h。

3)施工技術(shù)要求。

a)鉆孔定位放線、方位角傾角均應(yīng)由技術(shù)人員依據(jù)本設(shè)計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)確定，鉆孔實(shí)際位置與傾角的更改必須經(jīng)設(shè)計(jì)人員同意。

b)所有鉆探工程應(yīng)清水鉆進(jìn)，不得使用泥漿。

c)鉆探過程中應(yīng)對(duì)鉆孔涌水量、水溫等情況進(jìn)行觀測(cè)，并作好記錄。

d)鉆探結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行洗孔。

e)注漿方式為孔口封閉全段注漿。注漿壓力4 ～5 MPa。

f)注漿漿液選用水泥單槳液，水灰比1∶1。

g)水泥選用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，拌漿用水對(duì)砼不具有侵蝕作用。固結(jié)孔口管時(shí)可添加5%水玻璃(42Be)。

h)注漿前根據(jù)沖洗液消耗量或壓水試驗(yàn)確定初始注漿濃度，由稀到濃，逐步增加至設(shè)計(jì)濃度。注漿壓力由低到高，進(jìn)漿量控制在150 L/min以內(nèi)。停注2 h須掃空重注，停止注漿后，應(yīng)保持終壓，關(guān)閉孔口閥。

5 結(jié)論

1)GS－13－2水文孔的封堵按照設(shè)計(jì)先探孔、掃孔，根據(jù)探測(cè)情況制定相應(yīng)的止水塞，止水塞的下放對(duì)出現(xiàn)的每個(gè)異常情況進(jìn)行了合理的分析，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，完成了GS－13－2水文孔封堵，達(dá)到預(yù)期效果。

2)水文孔的封堵是一項(xiàng)專業(yè)性較強(qiáng)而有十分艱巨的技術(shù)工作，探孔和掃孔起著重要的作用，準(zhǔn)確地掌握孔內(nèi)情況能使封堵工作達(dá)到事半功倍的作用，此必須認(rèn)真進(jìn)行探孔和掃孔工作。

3)高承壓漏水鉆孔的封堵，不僅減少了礦井的涌水量，節(jié)約排水費(fèi)用，同時(shí)也減少了大量的奧灰水資源的浪費(fèi)，對(duì)于緩解太原市水資源日趨緊張局面具有重要的意義。

［1］ 祁春燕，張海榮，路 云，等.封閉不良鉆孔管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36(11)：69－71.

［2］ 李 鵬，郭冬蘭，張 強(qiáng).大水量高壓水條件下封堵井下漏水鉆孔［J］.山東煤炭科技，2010(6)：198.

Technology of Underground Hydrological Hole Plugging and Curtain Grouting

Wu Wei，Yin Yu－zhong，Guo Ming－gang，Bai Li－min

Takes underground hydrographic drilling water in Zhengchengdi coal mine as an example，analyzes the cause of the water accident，and according to the condition which effluent water pressure is larger，puts forward the treatment scheme through counterweight reduced pressure，placed the sealing plug in water－ resisting layer，achieves the purpose of sealing up.Puts forward the curtain grouting method，plug the channel of the water conduction fracture，structure and so on，improves the performance of the water－ resisting layer，creates a safe hydrogeological conditions for future the No.9 coal mining.

Drilling;Water inrush;Plugging;Grouting

TD745+.2

A

1672－0652(2012)04－0053－04

2012－01－20

武 威(1987—)，男，山西定襄人，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，助理工程師，主要從事礦井水文地質(zhì)工作(E －mail)13935197510@163.com