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巷道揭露破損水文鉆孔的注漿堵水治理實踐

作時間:2019-07-11  來源:潞安集團高河能源有限公司  作者:石 強
   
摘 要:高河礦 E1315 進風順槽掘進過程中揭露 2001 水文鉆孔,該鉆孔處于帶壓范圍,導通了頂板各砂巖含水層和奧灰水,且位于巷道正中間,給生產和安全都造成影響。 通過在水文鉆孔周邊施工注漿鉆孔封堵頂、底板裂隙,并配合水文鉆孔封堵,達到治理水文鉆孔突水的目的。
礦井突水是煤礦五大災害之一,嚴重影響著礦井職工的生命安全。 礦井未封堵的水文鉆孔由于管壁腐蝕、 構造應力破壞以及礦山壓力等因素影響,水文鉆孔易出現破損突水,給礦井安全生產造成嚴重威脅 [ 1-2 ] 。 武威 [ 3 ] 等人通過帷幕注漿封堵了導水裂隙等通道,改良隔水層性能;王書榮 [ 4 ] 等人應用止水塞先止水再注漿封堵的技術,順利完成了水文觀測孔的注漿封堵工作,為止水塞的應用及出水鉆孔的治理提供了科學方法。 本文通過在破裂出水水文鉆孔周邊施工注漿鉆孔, 對頂底板裂隙進行封堵,對水文鉆孔進行封堵,達到防止水文鉆孔滯后突水的目的,可為今后水文鉆孔的治理提供參考。
1 工程概況
高河礦主采 3 # 煤層, 煤層平均厚 7 m , 傾角1°~7° ,煤層夾矸為炭質泥巖,煤層結構為 5.50( 0.35 ) 1.15 ,煤層頂底板巖性見圖 1 。 部分區域直接頂 K 8 砂巖、 K 8 上砂巖、 3 # 煤層頂板砂巖和 K 7 砂巖含水層中等富水, E 1315 進風順槽沿 3 # 煤層底板掘進, 掘進過程中將穿一段單斜構造和 F E 1 逆斷層,進入南漳正斷層 F 3 影響區。 經地面瞬變電磁和三維地震探測, 該巷道掘進過程中將出現頂板砂巖淋、滴水。
E 1315 進風順槽掘進至 1 號橫貫前 287 m 處時, 窩頭揭露 2001 水文鉆孔, 該鉆孔套管直徑為Φ 127 mm ×8 mm 。 經觀測,在距頂板 1.2~1.5 m處,套管接箍處縫隙向外涌水,水量約 2.0 m 3 / h 。 經地質資料分析,該鉆孔可能為勘探期間施工的奧灰水文觀測孔(孔深 700 m 左右,終孔層位為奧陶系石灰巖)。該巷道揭露鉆孔處屬帶壓范圍,水壓約 2 MPa ,預煤層頂底板巖層性計涌水量 120 m 3 / h 。 根據現場揭露情況分析,該水文孔導通了頂板各砂巖含水層和奧灰水,且位于巷道正中間,給生產和安全造成影響。 需對該孔進行注漿封孔,以避免發生突水事故。
2 注漿堵水鉆孔設計
為了防止 2001 水文鉆孔破損導通頂板含水層和奧灰水,發生滯后突水事故,需盡快對該孔煤層頂板、底板分別進行注漿封堵。
2.1 鉆場準備
加強鉆場附近的巷道支護,鉆孔周邊頂幫部位錨網支護裱褙密實,杜絕幫頂虛空;清理巷道,挖好排水溝,鉆場位于巷道低洼處時,配備適應的排水設備;鉆孔底板處挖設長( 1.5 m ) × 寬( 1.5 m ) × 深( 0.5 m )施工坑;鉆孔兩側 2.5 m 范圍的路面用水泥硬化;鉆探處徹底清除浮矸、雜物。
2.2 鉆孔參數
2001 水文鉆孔周圍在巷道頂、 底板施工鉆孔,與水文鉆孔一并形成巷道頂、 底板注漿堵水鉆孔。底板初步設計 6 個鉆孔、 頂板初步設計 4 個鉆孔,鉆孔深度 30 m ,孔口 10 m 擴孔安裝套管固定。 鉆孔參數見表 1 。
巷道頂、低板鉆孔參數
2.3 鉆孔施工工藝
( 1 )水文鉆孔處理施工: ① 在揭露的 2001 水文鉆孔套管上中下三段分別安裝一套專用管卡,上面的管卡用于施工頂板注漿孔,下面的管卡用于施工底板注漿孔, 中間的管卡用于施工頂底板隔離孔;② 管卡一側安裝配套的專用高壓閘閥,閘閥外連接防噴安全倉,安全倉底部開一泄壓孔,泄壓孔口安裝高壓球閥, 以利于壓力過高時進行泄壓分流,防止發生次生事故; ③ 將打孔專用鉆頭和鉆桿連接置于安全倉內,將鉆桿專用密封裝置密封好后,打開泄壓閘閥,在套管上進行打孔; ④ 利用手持式液壓鉆機和專用鉆頭,在管卡處分別施工一個鉆孔,上、下兩個鉆孔分別作為頂、底板的注漿孔,中間鉆孔采用自制研發的專用密封隔離塞將 2001 套管上下隔離開,以便于頂底、板注漿時互不串漿; ⑤ 注漿孔打好后,將上、下兩個鉆孔安全倉的泄壓閥打開,確保安全后,將安全倉卸下,安裝孔口法蘭、注漿裝置,連接注漿管,準備注漿。
( 2 )頂、底板鉆孔施工:開孔孔徑為 Φ 94 mm ,鉆進 10 m 后下 Φ 89 mm 套管作孔口管, 對套管進行固管加固,安裝孔口控水閥門和電接點壓力表,做耐壓試驗?卓趬毫σ笥 3 MPa ,穩壓時間要超過 30 min ,試驗周邊無卸漏,壓力穩定,無底鼓、無片幫、套管無位移。 檢測合格后方可換徑 Φ 75 mm 鉆至終孔(據實際施工情況定)。
( 3 )注漿鉆孔的固定及處理: ① 通過專用注漿卡管器向鉆孔內進行注漿加固; ② 對 2001 水文鉆孔頂、底板套管處進行固定; ③ 固定完成后將套管裸露巷道頂、底板部分分別截斷; ④ 施工完成后將底板施工坑填平、上部套管管口封堵。
3 注漿施工設計
3.1 注漿設備
利用 2001 水文鉆孔附近 E 1315 運輸順槽作為井下臨時注漿站。 注漿設備采用 BW -250/7 型泥漿泵,注漿泵后放置攪拌一體機,靠近攪拌一體機后巷幫作為儲灰場。 整個場地頂幫錨網支護完整。
3.2 注漿壓力
根據 2001 水文鉆孔涌水壓力為 2.0 MPa ,注漿壓力要大于水壓的 1.5 倍,即注漿終壓要大于 3 MPa ;條件許可時,可適當提高注漿壓力。
3.3 注漿材料
( 1 )采用 42.5 R 普通硅酸鹽早強水泥,質量符合國家 GB 175-92 標準, 不得使用受潮結塊的水泥或過期的水泥。
( 2 )根據注漿需要,適當添加水泥快速融合劑、水泥膨脹劑、沉降劑等,注漿量過大時,添加適量的骨料。
( 3 )造漿用水水質須滿足國家混凝土拌合用水質量標準,其 SO 4-2 含量應 <1 % , PH 應 >4 。
3.4 注漿工藝
( 1 )注漿系統:利用井下注漿場地進行造漿,通過注漿管向鉆孔內壓注水泥漿液或混合漿液。
( 2 )注漿方式:正常采用連續性注漿;如周圍巷道或鉆孔出現異常情況,可采用間歇注漿,并及時匯報。
( 3 )注漿原則: 在通道正常的情況下,注漿原則,應先稀后稠,再稀,特殊情況結合實際注漿情況,選擇決定漿液細微的變化調整。 注漿必須嚴格結合鉆孔的實際條件進行漿液配比,禁止盲目配比漿液比重;如需注化學漿液,必須做注前化學漿液流距測試,并掌控化學漿液的性能,否則禁止盲目注漿。
4 注漿堵水施工情況
本次 2001 水文鉆孔注漿堵水施工, 總計注漿水泥量為 42.5 t ,注漿壓力為 7 MPa ,凝固 48 h 后對注漿鉆孔進行了檢查,水泥漿凝固。 注漿閥門打開后無出水,自注漿孔眼向下 21.8 m 段為空,向上3 m 為空。 確定現場安全后,按制定的割管安全技術措施進行割管作業,并對現場頂、底板套管進行了加固。 后期觀察該水文鉆孔未出現突水現象,加固見圖 2 。
( a )頂板頂、底板套管加固
5 結語
高河礦 E 1315 進風順槽掘進過程中揭露 2001水文鉆孔,該鉆孔破損,且處于帶壓范圍,導通了頂板各砂巖含水層和奧灰水。 在該水文鉆孔周邊施工注漿鉆孔封堵頂、底板裂隙,并配合水文鉆孔封堵防止水文鉆孔滯后突水。 總計注漿水泥量為 42.5 t ,注漿壓力 7 MPa , 凝固 48 h 后對注漿鉆孔進行了檢查,水泥漿凝固,注漿閥門打開后無出水,現場確定安全后,對套管進行割管并加固,后期觀察該水文鉆孔未發生突水現象。
 
 
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