井下水文觀測(cè)鉆孔套管錯(cuò)斷治理研究

馮沖

【摘要】孟津煤礦東翼回風(fēng)大巷水文觀測(cè)孔長(zhǎng)期擔(dān)任檢測(cè)井下的水文情況，由于附近巷道底鼓變形，導(dǎo)致幫部及附近水溝有出水現(xiàn)象，通過(guò)探查分析，是地壓因素導(dǎo)致水文孔套管斷裂所致，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成很大隱患，通過(guò)下設(shè)三級(jí)套管，側(cè)壁注漿，分級(jí)逐步升壓等手段，固管堵漏全部完成，且效果良好，并最終將鉆孔進(jìn)行封堵，消除了威脅。

【關(guān)鍵詞】錯(cuò)斷治理 側(cè)壁注漿 分級(jí)升壓

煤礦水害問(wèn)題復(fù)雜、多發(fā)，水害對(duì)我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)有巨大威脅，往往會(huì)造成巨大的損失。孟津煤礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，主要含水層為奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、山西組砂巖孔隙裂隙承壓含水層等，尤其是奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)造成了巨大的威脅，本文以孟津煤礦東翼回風(fēng)大巷2#水文孔治理為例，闡述了該類鉆孔的治理方法和應(yīng)用。

一、概況

（一）水文地質(zhì)情況

孟津煤礦屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井，依據(jù)巖性及含水性，自下而上分為：奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、二疊系碎屑巖類孔隙裂隙含水層和第四系松散砂礫（卵）石沉積物孔隙含水層。從礦井建井及相鄰礦井生產(chǎn)情況看，頂板砂巖涌水量很小，主要以滴水或淋水形式向礦井充水，太原組砂巖、灰?guī)r出露及補(bǔ)給條件差，厚度小，巖溶裂隙不發(fā)育，含水性弱，以靜儲(chǔ)量為主，易于疏干，防治工作易于進(jìn)行。奧陶系灰?guī)r厚度大，出露及補(bǔ)給條件好，但巖溶裂隙與富水性具有顯著的不均一性，而且，隨著埋深增大，富水性越來(lái)越差；局部富水區(qū)巖溶裂隙及斷層可能構(gòu)成導(dǎo)水通道，引起礦井突水，由于奧灰富水性極不均一，加之煤層底板隱伏斷層發(fā)育，因此，奧灰水防治工作工程量較大，難度較高。目前，奧灰水防治中主要問(wèn)題是：①礦井主采煤層距二1煤垂距平均60m，水壓在5.6MPa，且富水不均，富水區(qū)域查找困難，給防治水工作帶來(lái)難度；②底板隱伏導(dǎo)水通道查找困難。2013年4月16日11011工作面回采過(guò)程中發(fā)生突水，最大涌水量達(dá)到1990 m3/h，補(bǔ)給水源即為底板奧灰水。

（二）鉆孔概況及分析

該水文鉆孔傾角90°，終孔孔深344.07米。兩級(jí)套管結(jié)構(gòu)，一級(jí)Ф127套管長(zhǎng)度43m，二級(jí)Ф108套管長(zhǎng)度91m，進(jìn)入奧灰上界面以下3m，進(jìn)入奧陶系灰?guī)r后孔內(nèi)總涌水量約11.2m3/h，水溫40℃，最終穩(wěn)定水壓5.4Mpa。由于附近巷道底鼓變形，該水文孔附近水溝、回風(fēng)巷底板、東瓦斯泵站回風(fēng)聯(lián)巷坡段多處出現(xiàn)漏水，通過(guò)探查分析，是地壓因素導(dǎo)致水文孔套管斷裂所致，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成很大隱患，為保證礦井安全生產(chǎn)，需對(duì)該漏水水文孔進(jìn)行治理。

二、準(zhǔn)備方案

（1）錯(cuò)口位置探查。經(jīng)初步分析判斷，是地壓因素導(dǎo)致水文孔一級(jí)套管垂深2-8m范圍內(nèi)錯(cuò)開(kāi)，為準(zhǔn)確判斷錯(cuò)開(kāi)位置及程度，進(jìn)行第一階段處理工作，查找錯(cuò)斷位置。

（2）下設(shè)三級(jí)套管。在原水文孔二級(jí)套管結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，下三級(jí)套管（Ф89mm*4.5mm），設(shè)計(jì)套管長(zhǎng)度60m。

（3）固管保護(hù)裝置。三級(jí)管固管為了防止套管由于注漿壓力過(guò)大將其頂出，必須安裝固管保護(hù)裝

置，保證套管固管完成。

（4）注漿堵漏、封孔。三級(jí)套管下設(shè)完畢后，開(kāi)始注漿，直至將套管固定、回風(fēng)巷底板漏水位置全部封堵完成，施工結(jié)束后，對(duì)該鉆孔進(jìn)行注漿封孔。

三、鉆孔治理

（一）探查施工

（1）先對(duì)該鉆孔錯(cuò)口位置探查，首先準(zhǔn)備15米1寸鋼管，然后深入鉆孔進(jìn)行錯(cuò)斷探查，將錯(cuò)斷長(zhǎng)度位置記錄詳細(xì)。探查后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)斷位置位于孔口以下2米左右，且垂直錯(cuò)斷大，水平錯(cuò)斷小，經(jīng)計(jì)算垂直錯(cuò)斷約5-10mm，水平錯(cuò)斷約4-8mm，繼續(xù)向下探查未再發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)斷。

（2）探查到錯(cuò)斷位置后，開(kāi)始下Φ89mm套管，下至2米處卡住，不能繼續(xù)施工，這也驗(yàn)證了該位置鉆孔確實(shí)有錯(cuò)斷。

（二）套管施工

因Φ89mm套管無(wú)法下設(shè)，后改為Φ73mm三級(jí)套管，設(shè)計(jì)深度64.5米，下設(shè)三級(jí)管目的是利用增加一級(jí)套管對(duì)原套管錯(cuò)斷處及漏水進(jìn)行處理，由于鉆孔為垂直鉆孔，為防止套管掉入鉆孔內(nèi)，下三級(jí)套管時(shí)首先每節(jié)套管尾部安裝帶法蘭的套管短接，再用2個(gè)U型卡首、尾部固定，最后用鏈鉗卡緊，下放套管，最終下設(shè)成功。

（三）固管施工

（1）三級(jí)管下設(shè)完成后，注漿堵漏前，必須將三級(jí)管固管完成，但由于該三級(jí)管固管條件比較苛刻（注漿壓力比自帶水壓只能大0.1-0.5Mpa），因此加工了一個(gè)專用的固管保護(hù)裝置保護(hù)套管因注漿壓力過(guò)大脫出鉆孔。該固管保護(hù)裝置采用兩級(jí)固定裝置，先將固管保護(hù)裝置安設(shè)在套管上，再將該裝置固定在底板上，使用地錨進(jìn)行固定，通過(guò)加裝固管保護(hù)裝置有效解決了注漿壓力不好控制，導(dǎo)致套管脫出事故。

（2）固管保護(hù)裝置安裝完成后開(kāi)始對(duì)該鉆孔進(jìn)行注漿固管，注漿采用井下注漿泵間歇性注漿，從原孔壁二級(jí)套管側(cè)面壓力表位置開(kāi)始注，水灰比（1：0.5），注漿初始?jí)毫?～6Mpa，初始注漿時(shí)，發(fā)現(xiàn)在水文孔附近5米位置底板跑漿比較嚴(yán)重，而后決定加入骨料（海帶、鋸末等）對(duì)跑漿先進(jìn)行封堵，且注漿時(shí)間改為2分鐘，中間停止10分鐘，注骨料比例水泥：鋸末：海帶=1：0.02：0.05，開(kāi)始骨料經(jīng)裂隙流出比較多，經(jīng)過(guò)5天的注漿，骨料基本不再流失，直到注漿結(jié)束，底板跑漿被徹底治住，期間共注漿60余次，注漿6t，海帶0.1t，鋸末0.3t。

（3）凝固2天后開(kāi)始繼續(xù)采用井下間歇性注漿，間歇時(shí)間1小時(shí)，并逐漸調(diào)整漿液濃度（1：0.5→1：0.75→1：1）直至壓力穩(wěn)定在6～7Mpa，打開(kāi)孔口高壓閘閥，待凝固48小時(shí)后，再次補(bǔ)注漿（水灰比1：0.5），注漿壓力6～7Mpa，注漿一直持續(xù)10天最終完成，從側(cè)壁無(wú)法進(jìn)行注漿，說(shuō)明套管斷裂位置附近裂隙及二級(jí)套管與三級(jí)套管之間孔隙已注漿封填結(jié)實(shí)，期間注漿20余次，共注水泥5.2t。

注漿期間安排專人觀測(cè)回風(fēng)聯(lián)巷坡段漏水位置，出現(xiàn)滲漿后，停止注漿，待凝固48小時(shí)后，再次補(bǔ)注漿（水灰比1：0.5），反復(fù)進(jìn)行，直到坡段處再?zèng)]有出現(xiàn)跑漿和滲漿現(xiàn)象，注漿結(jié)束后幫部附近的水溝滲水也被治理完成。

（四）封孔施工

漏水治理完成后，對(duì)該水文孔進(jìn)行透孔，透孔期間未見(jiàn)水，用井下注漿泵進(jìn)行注漿封孔，注漿4.25t，封孔壓力15Mpa，封孔成功。