井下突水鉆孔分段注漿堵水技術(shù)研究

摘 要：針對HF-13鉆孔突水量大、水壓大問題，為了確保巷道圍巖穩(wěn)定并實現(xiàn)快速對突水鉆孔封堵，根據(jù)突水鉆孔涌水水源及隔水層位置，采用分段注漿方式對突水鉆孔進(jìn)行封堵。采用大孔徑鋼管代替鉆桿降低止水塞下放過程中水壓、水流影響，并為鋼管與鉆孔圍巖間注漿提供良好條件;待對鉆孔周邊導(dǎo)水裂隙封堵完成后，采用水泥漿對鋼管內(nèi)部進(jìn)行封堵。詳細(xì)對分段注漿施工方案以及施工技術(shù)進(jìn)行闡述。通過分段注漿后有效封堵鉆孔突水，周邊錨網(wǎng)索涌水量降低至0.3m3/h以內(nèi)，現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著。

關(guān)鍵詞：突水鉆孔;注漿封堵;止水塞;水泥漿

施工探放水鉆孔是煤礦水害防治中常規(guī)技術(shù)手段，但由于鉆孔施工前未能充分掌握水文地質(zhì)條件或者鉆孔施工方案設(shè)計不全面，導(dǎo)致部分鉆孔施工過程中出現(xiàn)突水[1]。現(xiàn)階段關(guān)于突出鉆孔治理技術(shù)手段包括有在突水鉆孔附近施工擋水墻并在擋水墻后進(jìn)行注漿封堵;在突水鉆孔周邊進(jìn)行注漿封堵突水鉆孔;在突水鉆孔內(nèi)直接塞入止水塞。上述3中止水技術(shù)有其各自特點及適應(yīng)范圍。文中就以某礦井下布置的HF-13鉆孔突水治理為工程背景，采用分段注漿封堵方式成功對鉆孔突水進(jìn)行封堵，現(xiàn)場應(yīng)用取得顯著效果。

1 工程概況

1.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

布置的HF-13按照60°仰角、90°方位角施工，孔深為63m，采用型號ZDY-4000S鉆機(jī)施工，配套采用的泥漿泵型號為BW-320/60，采用φ63.5mm鉆桿鉆進(jìn)。鉆孔開孔位置孔徑為172mm、鉆進(jìn)深度為6m時放入規(guī)格為168mm×6mm×5000mm孔口管，采用水泥漿固管。后期打壓試驗（試驗壓力5MPa）合格后，采用直徑133mm鉆頭鉆進(jìn)到20.5m，并下方規(guī)格127mm×8mm×20m孔口管。同樣采用水泥漿進(jìn)行固管，經(jīng)打壓試驗（試驗壓力6.5MPa）合格后，采用直徑91mm鉆頭鉆進(jìn)到63m。具體鉆孔結(jié)構(gòu)見表1。

1.2 鉆孔突水概況

突水的HF-13鉆孔位于5109綜采工作面回風(fēng)巷280m位置，設(shè)計的該鉆孔主要用以5號煤層頂板砂礫巖含水層疏排工作。該鉆孔于2019年8月施工完畢，之后一直關(guān)閉鉆孔孔口閥門測量頂板含水層水壓，測定孔口水壓為3.7MPa。鉆孔周邊錨網(wǎng)索有輕微淋水現(xiàn)象，淋水量在1～2m3/h。在HF-13鉆孔周邊施工繞道過程中，周邊錨網(wǎng)索淋水量突然增加至10～15m3/h，為了避免頂板淋水給巷道圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)造成的影響，決定打開HF-13閥門進(jìn)行疏排水，疏排過程中鉆孔涌水量約為56m3/h，頂板錨網(wǎng)索涌水量降低至2～5m3/h。但是鉆孔大量涌水會給采面正常生產(chǎn)帶來不利影響，急需在確保巷道圍巖穩(wěn)定的前提下對鉆孔突水進(jìn)行封堵。

2 突水鉆孔注漿封堵方案

2.1 鉆孔充水條件分析

根據(jù)鉆孔施工參數(shù)并結(jié)合已有的水文地質(zhì)資料，確定的HF-13鉆孔揭露的巖層巖性見圖1。

在鉆孔施工過程中鉆進(jìn)垂深在0～17.3m時僅有少量裂隙水涌出，鉆孔鉆進(jìn)垂深在24.2m以上時開始進(jìn)入到頂板礫巖含水層。因此認(rèn)為鉆孔出水水源主要為頂板礫巖含水層。

2.2 分段注漿封堵技術(shù)方案

經(jīng)過對鉆孔突水水文地質(zhì)條件以及礦井現(xiàn)有設(shè)備條件分析，決定采用孔內(nèi)分段注漿封堵方式對鉆孔突水進(jìn)行封堵，主要步驟為：①對突水鉆孔內(nèi)的出水點進(jìn)行分段分割，將鉆孔內(nèi)導(dǎo)水通道分割成兩個部分，其中上部分為出水段（含水層段）、下部分為導(dǎo)水段（隔水層段）。通過對比分析，分段點取值鉆孔垂高24.2位置，該位置為鉆孔鉆進(jìn)時開始出水位置。在對鉆孔出水點進(jìn)行分割時應(yīng)考慮上覆巖層含水層高壓水對頂板破壞影響。因此，在鉆孔內(nèi)采用的封孔器上布置鋼管（φ63.5mm×8.0m）進(jìn)行排水卸壓;②采用封孔器對鉆孔上端封堵后，對鉆孔下段（隔水層段）進(jìn)行注漿，從而封堵下段巖層內(nèi)的導(dǎo)水裂隙。在注漿過程中對巷道圍巖裂隙發(fā)育位置同樣進(jìn)行注漿加固，確保巷道圍巖穩(wěn)定;③下段注漿完畢后，對鉆孔上段進(jìn)行高壓注漿。

3 現(xiàn)場施工布置

3.1 封孔器下放

根據(jù)設(shè)計的突水鉆孔分段注漿堵水方案，在現(xiàn)場施工時應(yīng)充分考慮鉆孔涌水量大（60m3/h）、頂板含水層水壓大（3.6MPa）對鉆孔封堵器下放帶來的影響，當(dāng)封孔器下放困難時采用鋼管下放封孔管。采用的鋼管與鉆機(jī)鉆桿外形、長度一致，鋼管規(guī)格（直徑×壁厚×長度）為63.5mm×8mm×1500mm，為便于鋼管連接，將鋼管兩端進(jìn)行車絲。通過鉆機(jī)將封孔器通過鋼管下放至設(shè)計封孔位置，由于鋼管內(nèi)徑較大，從而降低封孔器下放難度。

3.2 分段注漿

分段注漿是通過布置在鋼管底部的橡膠環(huán)實現(xiàn)。在井下注漿時先采用單體支柱及木垛加固注漿孔附近圍巖，采用鉆機(jī)將帶有橡膠的泄壓管送入到鉆孔中，當(dāng)橡膠環(huán)下放到到28m位置時（此時垂高為24.2m），開始對鋼管與孔壁間進(jìn)行注漿。在注漿時選用水泥--水玻璃雙液漿，水灰比0.9：1，注漿壓力控制在4MPa左右，具體注漿時漿液擴(kuò)散路徑見圖2所示。在注漿過程中下段鉆孔共注入約22.6m3水泥--水玻璃雙液漿，注漿壓力最大增加至6MPa，在注漿過程中鋼管內(nèi)徑以及巷道頂板均為有出漿現(xiàn)象，鉆孔周邊錨網(wǎng)索涌水注漿降低至0.8m3/h以內(nèi)，表明鉆孔下端巖層內(nèi)的導(dǎo)水裂隙注漿被注漿漿液充填。

待注漿完成48h后，開始對鋼管內(nèi)部進(jìn)行注漿，注漿初期漿液水灰比為1.5：1，隨著注漿時間增加以及注漿壓力提升將注漿漿液水灰比逐漸提升至0.8：1，注漿結(jié)束時注漿壓力增加至6MPa，在此階段共注入25m3水泥漿。

鋼管內(nèi)注漿完成36h后，開啟注漿閥門，此時鋼管內(nèi)部完全被水泥漿液充填，鉆孔周邊錨網(wǎng)索涌水注漿降低至0.3 m3/h以內(nèi)，注漿鉆孔周邊圍巖有明顯的變形或者破壞，通過分段注漿完成對突水鉆孔的有效封堵。

4 總結(jié)

①根據(jù)鉆孔鉆進(jìn)位置水文地質(zhì)資料，鉆孔突水水源主要為頂板覆巖礫巖含水層，并以該礫巖含水層與下部砂巖隔水層為邊界，采用分段注漿方式對該突水鉆孔進(jìn)行封堵。首先采用水泥--水玻璃雙液漿對鉆孔圍巖中導(dǎo)水裂隙進(jìn)行封堵，后采用水泥單液漿封堵導(dǎo)水鉆孔，從而實現(xiàn)鉆孔有效封堵目的;②針對中水壓過大、水流過大導(dǎo)致止水塞下放困難問題，采用大內(nèi)徑鋼管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆桿下放止?jié){塞，鋼管內(nèi)部可用以排水卸壓，鋼管外部通過橡膠橡膠環(huán)將水進(jìn)行封堵，從而為后續(xù)的注漿提供便利條件。鋼管外部注漿完畢后，可實現(xiàn)對鉆孔圍巖導(dǎo)水裂隙的封堵，并實現(xiàn)鋼管與鉆孔圍巖有效耦合;③采用水泥單液漿對鋼管內(nèi)部進(jìn)行注漿，從而實現(xiàn)對突水鉆孔的有效封堵。采用的分段注漿技術(shù)無需施工額外的注漿鉆孔，具有施工效率高、封堵快等優(yōu)點。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉松.定向分支鉆孔在特大動水注漿堵水工程中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2018（18）：20-21.

作者簡介：

曹麗曉（1987- ），男，山西省長子縣人，2015年1月畢業(yè)于太原理工大學(xué)，采礦工程專業(yè)，本科，現(xiàn)為工程師。