破損水文觀測(cè)孔涌水封堵技術(shù)在高河礦的應(yīng)用

石 強(qiáng)

（潞安集團(tuán)高河能源有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

水文觀測(cè)鉆孔在礦井防治水工作中具重要作用，如其出現(xiàn)破碎涌水，會(huì)給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。廣大防治水專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員結(jié)合礦井涌水鉆孔的實(shí)際情況，對(duì)鉆孔封堵進(jìn)行了研究，靳子棟［1］針對(duì)峰峰礦區(qū)高水壓大流量鉆孔的封堵進(jìn)行了研究，總結(jié)了高水壓、大流量鉆孔施工及封堵技術(shù)；白利明［2］提出適合井下帶壓水文鉆孔的封堵治理方案；王卓［3］制作了出水鉆孔封孔裝置，利用水泥漿和骨料結(jié)合間歇注入的方式,成功封堵了該鉆孔；高春芳和李沖［4］采取“三步走”的封堵方案對(duì)出水鉆孔實(shí)現(xiàn)了封堵，封堵率達(dá)到100%。

1 涌水情況分析

1.1 概況

高河礦奧灰水文觀測(cè)1#鉆孔位于+450 m水平東翼進(jìn)風(fēng)大巷內(nèi)，自2010年9月28日開(kāi)始施工，于2010年10月27日竣工。鉆孔孔深466.5 m；一開(kāi)孔徑Ф159 mm，下入Ф146 mm套管20 m；二開(kāi)孔徑Ф133 mm，下入Ф127 mm套管84 m，固管注水泥1.5 t；三開(kāi)孔徑Ф113 mm，下入Ф108 mm套管150 m，固管注水泥2.5 t；換徑Ф94 mm至終孔466.5 m，為裸孔。

1.2 存在問(wèn)題分析

2019年9月3日，該水文觀測(cè)孔附近E1306巷段向工作面輔設(shè)回填，輸送管路Ф325 mm×25 mm耐壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)生縱向應(yīng)力集中，微彎曲點(diǎn)心薄弱截面破斷，應(yīng)力釋放徑向強(qiáng)大的瞬間爆射力，直接巧合摧毀間距約200 mm的奧灰水文觀測(cè)1#鉆孔連接口，可控閘閥、三通明顯向幫側(cè)傾斜，連接口絲扣斷裂，孔內(nèi)水直接涌出，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量漏水量為8 m3/h，鉆孔出水量為45 m3/h，水壓1.6 MPa。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查需解決以下問(wèn)題：①孔口封堵設(shè)施達(dá)到承載壓力的3.5倍；②各級(jí)套管環(huán)狀間隙涌漏水需徹底封堵；③封堵期間，需控制漿液向通道內(nèi)擴(kuò)散，最大限度地減低污染。

2 涌水封堵施工方案

奧灰水觀測(cè)鉆孔封堵施工順序?yàn)椋孩倏卓诘孛嫣幚恚虎诮厝√坠馨惭b閥門(mén)；③安裝孔口安全倉(cāng)及注漿系統(tǒng)；④鉆孔探查、觀察孔內(nèi)情況；⑤孔內(nèi)下入止水器；⑥鉆孔注漿；⑦孔口回填，見(jiàn)圖1。

圖1 封堵施工方案剖面

具體施工方法步驟如下：

（1）采用袖珍式高精度可視探測(cè)儀，探查鉆孔內(nèi)情況。

（2）圍繞奧灰水文觀測(cè)1#鉆孔，開(kāi)挖長(zhǎng)1.2 m、寬0.9 m、高0.3 m的施工坑，查看奧灰水文觀測(cè)1#鉆孔涌漏水的具體狀況。

（3）取下孔口閥門(mén)，將孔口打開(kāi)，放水降低水壓；利用割管器將孔口切取相對(duì)平面且達(dá)到封閉要求，安裝閥門(mén)，孔內(nèi)出水流經(jīng)距孔口30 m處堵水墻（長(zhǎng)4.5 m×高1 m×寬0.3 m），由其下方兩趟4寸排水管排入東輔大巷排水溝，自流進(jìn)入中央水倉(cāng)，預(yù)計(jì)最大涌水量45 m3/h。

（4）安裝孔口注漿系統(tǒng)，并測(cè)試符合注漿封孔要求。

（5）安裝孔口安全倉(cāng)，將安全倉(cāng)安裝在閥門(mén)上部，并安裝進(jìn)入奧灰50 m段的Φ90 mm止水器，連接止水輸入管，(止水輸入管為Φ10 mm鋼管；Φ90 mm止水器材質(zhì)為鋁合金、長(zhǎng)1.5 m、重量15 kg，抗壓10 MPa），并打開(kāi)閥門(mén)及安全倉(cāng)，利用手動(dòng)調(diào)直下管器，將連接好止水輸入管的止水器下入套管內(nèi)；之后關(guān)閉安全倉(cāng)，使止水輸入管和鉆孔達(dá)到密封效果，然后進(jìn)行孔內(nèi)懸空止水封堵。

（6）進(jìn)行止水器上部50 m段高的注漿充填，待凝固達(dá)到預(yù)期效果及側(cè)壓滿足上部段的注漿要求，進(jìn)行孔底上翻注漿模式。

（7）待漿液進(jìn)入孔口再進(jìn)行孔口高壓向內(nèi)壓入模式。

（8）漿液飽和密實(shí)，直達(dá)孔口并符合要求，進(jìn)行漿液凝固后的測(cè)試，測(cè)試壓力達(dá)到水壓的3倍，即9 MPa。

（9）封堵注漿結(jié)束，拆除無(wú)關(guān)設(shè)備，坑道回填。

3 注漿施工工藝

3.1 注漿流程及原則

每次注漿前需進(jìn)行壓水試驗(yàn)，在通道正常的情況下，注漿應(yīng)依據(jù)，先稀后稠再稀的原則，后期采用純水泥漿液，特殊情況下結(jié)合細(xì)微的變化調(diào)整；注漿結(jié)束4小時(shí)后進(jìn)行壓力測(cè)試，壓力瞬間上升說(shuō)明注漿成功，間隙上部沒(méi)有空隙；注漿結(jié)束4小時(shí)壓力測(cè)試達(dá)不到要求，進(jìn)行二次補(bǔ)注漿。

二次補(bǔ)注漿工藝如下：在水泥漿中按比例加入5‰的膨脹劑，首次注漿達(dá)到6.0 MPa后凝固30 min再次注漿，如果壓力瞬間達(dá)到6.0 MPa即可停止注漿，或壓力緩慢上升，壓力達(dá)到6.0 MPa時(shí)停止注漿；凝固60 min后再次注漿，如果壓力瞬間達(dá)到6.0 MPa即可停止注漿，或壓力緩慢上升，壓力達(dá)到6.0 MPa時(shí)停止注漿，凝固120 min后再次注漿；若壓力無(wú)法瞬間達(dá)到6.0 MPa，繼續(xù)凝固120 min，再次注漿直到注漿壓力能夠瞬間上升至6.0 MPa。

3.2 注漿材料及方式

采用以雙液漿、水泥、水玻璃或水泥添加劑混合漿，必要時(shí)實(shí)施化學(xué)漿液；采用孔口壓注方式。

3.3 漏漿封堵工藝

在注漿過(guò)程中出現(xiàn)漏漿時(shí)，可采用間歇注漿的方式，利用漿液自身凝固對(duì)一些細(xì)小的漏漿通道進(jìn)行封堵；漏漿較大時(shí)，可在水泥漿內(nèi)添加0.3‰～5‰的水泥快速沉降聚凝劑，或者3‰～5‰的膨脹劑，以在短時(shí)間內(nèi)封堵漏漿通道；漏漿嚴(yán)重?zé)o法有效封堵時(shí)，也可采用化學(xué)漿液進(jìn)行封堵。

3.4 安全措施

（1）注漿過(guò)程需安排專(zhuān)人進(jìn)行安全觀察。在注漿過(guò)程中對(duì)注漿管路、注漿區(qū)頂板、底板及兩幫進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)停止注漿施工，并放漿泄壓；且觀察人員需與孔口注漿人員保持聯(lián)系，時(shí)刻掌握注漿情況。

（2）注漿過(guò)程中需對(duì)孔口注漿管路進(jìn)行固定，并且禁止人員在孔口管正對(duì)方向進(jìn)行站立、走動(dòng)；注漿施工過(guò)程中，注漿泵等設(shè)備的操作人員不得離開(kāi)各自崗位。

（3）注漿閥門(mén)需滿足注漿壓力需要，使用后要進(jìn)行及時(shí)清理和保養(yǎng)；注漿施工中注漿閥門(mén)應(yīng)處于良好狀態(tài)，出現(xiàn)損傷滲漏時(shí)禁止使用；且其密封墊也應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)要求。

4 封堵施工情況分析

通過(guò)對(duì)破損鉆孔涌水情況分析，采用以上封堵技術(shù)方案對(duì)奧灰水文觀測(cè)1#鉆孔進(jìn)行了封堵施工，自設(shè)備入場(chǎng)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始，凈施工工期為7天，注漿壓力達(dá)到6 MPa，使用注漿水泥50.4 t。漿液凝固24h后對(duì)鉆孔進(jìn)行了檢查，水泥漿液凝固良好，注漿閥門(mén)打開(kāi)無(wú)出水現(xiàn)象，取得了良好的應(yīng)用效果。

5 結(jié)語(yǔ)

水害是礦井五大災(zāi)害之一，在礦井生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)將防治水工作擺在重要位置。通過(guò)分析高河礦奧灰水文觀測(cè)鉆孔破損問(wèn)題，制定了相應(yīng)的封堵施工技術(shù)方案，并確定了注漿技術(shù)工藝參數(shù)；封堵注漿后管路無(wú)出水現(xiàn)象，表明該封堵技術(shù)方案封堵效果良好，預(yù)防了礦井涌水事故，保證了礦井安全開(kāi)采，可為同類(lèi)破損鉆孔涌水封堵提供參考借鑒。