關(guān)于高壓鉆孔封孔技術(shù)在煤礦實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

薛衛(wèi)龍

【摘 要】煤炭開采是目前國家發(fā)展的重要能源工程，其意義不可小視。在實際煤炭開采中，高壓鉆孔封孔技術(shù)是煤炭實現(xiàn)安全開采的關(guān)鍵技術(shù)，其在實際開采中發(fā)揮重要作用。本文結(jié)合我礦區(qū)實例，就高壓鉆孔封孔技術(shù)在煤炭實際生產(chǎn)中的應(yīng)用及主要流程進行了分析，并進行了施工效果評價，以供參考。

【關(guān)鍵詞】高壓鉆孔封孔技術(shù) 煤礦開采 工藝流程

高壓鉆孔封孔技術(shù)是目前煤炭開采中所用到的關(guān)鍵技術(shù)，施工質(zhì)量優(yōu)劣關(guān)系煤炭企業(yè)安全開采及生產(chǎn)。煤炭生產(chǎn)過程中，為保證有毒氣體不泄露及煤炭生產(chǎn)安全需要，必須對其鉆孔進行封堵，以滿足實際生產(chǎn)需要。因此，企業(yè)應(yīng)將高壓鉆孔封孔作為煤炭開采中的關(guān)鍵技術(shù)加以考慮，保證其安全運行，保障作業(yè)安全需要。本文通過舉例對高壓鉆孔及分孔技術(shù)進行了說明，以供參考。

1 工程概況

保德煤礦位于山西省保德縣境內(nèi)，東與佘家梁、張家溝、炭嶺溝、河石盤等小煤礦相接，西與蘇家里村為鄰，北抵黃河康家灘村。礦區(qū)地處黃河?xùn)|岸、屬黃土高原的晉西北邊緣，呈黃土溝峁、丘陵地貌，總體地勢中部低、南北高。井田內(nèi)地形切割嚴(yán)重，溝深坡陡，植被稀少，主要含水層為奧陶系巖溶含水層，埋藏深度76～422.6m，水位標(biāo)高840m左右。井田范圍內(nèi)單井涌水量為360～2300m3/d，含水層的裂隙巖溶發(fā)育不均勻，富水性差別很大。為了防止H2S氣體泄露及消除水害隱患，需對原水文地質(zhì)觀測鉆孔放孔進行封閉處理，以保證煤礦的安全生產(chǎn)。

2 項目鉆孔及施工情況分析說明

2.1 鉆孔原始結(jié)構(gòu)說明

根據(jù)地質(zhì)實際情況，首次選取孔徑Ф219mm巖芯管鉆進至地表以下23.21m，表層下入Ф168×6mm絲扣管23.21m，水泥漿固井并進行止水檢查；二開孔徑Ф146mm，用巖芯管鉆進至125m，下入Ф127×6mm絲扣管102.39m，水泥漿固井并進行止水檢查；但經(jīng)三開孔徑Ф108，用巖芯管鉆進至孔深270.13m時，涌水量增大為210m3/h，且H2S氣體濃度超標(biāo)，故經(jīng)決定終孔。

2.2 鉆孔地層情況分析與說明

經(jīng)勘查，根據(jù)鉆探施工巖芯鑒定確定，該孔揭露地層自上而下有：二疊系，主要由灰白色砂巖、砂質(zhì)泥巖、灰色泥巖和煤層組成，主要可采煤層8#煤層，底部含一薄層煤線，鉆孔鉆遇地層厚度15.4米。石炭系，主要由深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、灰白色砂巖、粉砂巖和煤層組成，局部夾薄層煤線，鉆遇地層厚度77.86米。本溪組，主要由泥巖、含鋁土質(zhì)泥巖組層，局部夾薄層灰?guī)r，鉆遇地層厚度21.37米。奧陶系，主要由灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r組層，鉆遇地層厚度97.27米。

2.3 鉆孔涌水情況統(tǒng)計

本次鉆孔過程其含水層主要為石炭、二疊系基巖裂隙含水層和奧陶系灰?guī)r巖溶含水層，鉆孔施工過程中的涌水情況自上而下為：鉆孔在基巖含水層中鉆進時涌水量較小，至本溪組地層21.6m第一次涌水，涌水量為4m3/h；至C2t地層77.6m時涌水量為14m3/h；當(dāng)鉆孔施工至進入奧陶系地層200m開始涌水，涌水量為0.3m3/h；241m涌水量為3m3/h；本區(qū)奧灰主要含水層，水量較大。

3 鉆孔封閉施工工藝分析

3.1 鉆孔基本施工工藝說明

根據(jù)鉆孔實際情況，本次封孔方案采用孔底返漿注漿法，根據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)將封孔膠塞下至孔內(nèi)265m處。同時，在正式施工前對放孔進行抽水，并提取水樣進行水質(zhì)分析，通過對水質(zhì)的分析研究選擇合適的封孔漿液及配合比。

3.1.1 排水排氣檢查

施工前應(yīng)在孔口閥門之上安裝帶防突裝置的三通，將排水管道與三通連接，用于將孔內(nèi)水引入水倉，再由水泵排入污水管道，三通另一出口安裝防突裝置，防止下膠塞及鉆桿時孔內(nèi)水氣突出。利用礦用履帶坑道鉆機配Ф63.5mm的鉆桿將長度為1.0m的封孔塞下入孔內(nèi)，下入過程中勻速轉(zhuǎn)動鉆桿，封孔塞安裝于距孔口265m處裸孔段內(nèi)，封孔塞上端通過卡槽與鉆桿連接；封孔塞上段設(shè)置逆止閥。在封孔塞下入過程中通過與三通相連的排水管排出孔內(nèi)涌水，H2S氣體會隨水體一同排出，并加大風(fēng)筒風(fēng)量以實現(xiàn)控制作業(yè)場地H2S濃度目的。

另外，封孔前應(yīng)對封孔塞安裝及嚴(yán)密性檢查；如通過鉆桿底部的注水裝置插入逆止閥內(nèi)，向膠塞內(nèi)部注入高壓水使膠塞膨脹，封堵目標(biāo)孔，同時觀察孔口水流情況，若無穩(wěn)定水流從孔口流出，則封孔塞封閉良好可以進行后續(xù)施工，反之則需繼續(xù)向膠塞注水直至將孔壁封閉嚴(yán)實。

3.1.2 注漿處理

注漿前將鉆桿提升至離封孔塞2m處，采用通過水質(zhì)分析后選擇的漿液進行注漿，注漿壓力控制在2MPa，注漿過程中每注入0.1m3漿液將鉆桿提升7m，重復(fù)此步驟直至孔口返出穩(wěn)定的水泥漿液。根據(jù)本工程項目具體情況，計劃利用孔內(nèi)鉆桿作為注漿管，封閉孔口對放孔進行靜壓注漿封閉。根據(jù)注漿情況，在水泥漿終凝后確定是否打撈鉆桿。注漿施工時，先將孔口閥門關(guān)閉，通過鉆桿采取一次性全孔注漿的工藝向孔底注水泥漿液，直至達到終孔條件；若注漿量超過20m3仍不起壓，則采用水泥-水玻璃雙液漿進行注漿封孔。待凝72小時后打開孔口閥門觀察返水或返漿情況。若孔口閥門不流水，則說明鉆孔已封閉合格，待凝7天后清理孔口裝置；否則，從孔口閥門進行注漿，直至達到設(shè)計終壓。

3.2 鉆孔封閉施工過程分析

根據(jù)本項目實際情況，為實有效封孔，本次采用多次封孔，最終完成對鉆孔的有效封堵。其主要施工設(shè)備采用MKY4000L鉆機、BW-320泥漿泵、封孔器及配套設(shè)備。本次封孔經(jīng)過多次封孔嘗試（如下所示的一至四次封孔）均未達到較好效果，經(jīng)嘗試，第五次封孔采用全新封孔器分兩段進行注漿，其效果較好，五次封孔工藝如下所示：

第一次封孔采用先膠塞止水，后孔底返漿法封孔。所用膠塞長為1.2m，打壓方式為注水打壓。漿液采用高抗硫酸鹽水泥加粉煤灰。但在本次封孔過程中出現(xiàn)了膠塞破裂，其主要原因是膠塞膨脹后上提過程中遇到縮頸擠壓，膠塞中部爆裂，形成齒狀斷口，上部在上提過程中與孔口摩擦撕扯中脫落，斷口齊整。

第二次封孔采用木塞止水；下木塞前用地錨、鋼絲繩將鉆機固定，第一級木塞采用Φ105mm。但在用鉆機下頂木塞過程中，鉆機遇阻力較大，，鉆機被頂起致使無法繼續(xù)正常進行，決定停止下放木塞，上提鉆桿。鉆桿全部提出后發(fā)現(xiàn)木塞被過大的水壓沖為多瓣，已嚴(yán)重損壞。因水壓過大，水力切割作用較強，停止使用木塞進行封孔。

第三次封孔采用封孔器進行，將其下放到預(yù)定位置后，進行打壓，封孔器加壓至10MPa，鉆孔無出水現(xiàn)象，判斷鉆孔已封閉嚴(yán)實。鉆孔封閉后持續(xù)觀察，鉆孔始終無出水現(xiàn)象，表明封孔器工作狀態(tài)良好。同時，對封孔器進行補壓，封孔壓力提高至13MPa，觀察鉆孔無出水現(xiàn)象，表明封孔器封閉穩(wěn)定，判斷可以提鉆。

第四次封孔利用孔內(nèi)鉆桿做為注漿管，向孔內(nèi)壓漿封閉鉆孔，水泥漿水灰比0.8：1；但由于孔口防突器擋板出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題，有滲水現(xiàn)象。項目部采取措施對擋板進行處理，因孔內(nèi)水壓達到3Mpa，擋板漏水情況難以處理。但涌水為清水，且不含H2S氣味。在對其進行卸鉆桿時多次嘗試提鉆，鉆桿出現(xiàn)松動。為防止異常情況發(fā)生，將防突裝置拆卸升井并重新焊接，以為再次封孔做足準(zhǔn)備。

第五次封孔時，在制定方案后確定將封孔裝置下至距離孔口115m位置，封孔裝置到達位置后進行打壓注水，表明堵水效果良好。利用封孔器將鉆孔分隔開為兩段。通過鉆桿向鉆孔115m以下段注純水泥漿，水灰比0.8：1。注漿后，孔口注漿壓力由3Mpa升至5Mpa，經(jīng)計算，其已滿足鉆孔封堵要求，停止注漿，并對鉆機固定，孔口密封。如水泥凝固后，打開孔口防突裝置檢查，孔內(nèi)無出水情況，但有氣泡外溢，通過對孔口氣壓壓力觀測，封堵效果良好。

4 結(jié)語

經(jīng)綜合分析，采用本方案實施鉆孔封孔，其質(zhì)量可靠，鉆孔封閉效果良好，有效消除了H2S氣體及水害影響，為煤礦生產(chǎn)消除了安全隱患。

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