平煤股份八礦二水平西大巷注漿堵水技術及啟示

孟慶華

摘要:通過對平煤股份八礦二水平己組西大巷注漿堵水技術方案的探討,提出了在施工礦井防治水工程中應注意的問題。

關鍵詞:涌水注漿防治水

中圖分類號:TD8 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0118-01

1工程概況

平煤股份八礦二水平己組西大巷3個疏放降壓孔在使用過程中,出現孔口周圍巖石裂隙涌水現象。為了保證井下安全生產,讓寒武系灰巖疏放水能夠通過孔內安裝套管流出,沿鋪設保溫管道排到井下水倉,達到寒武系灰巖疏放水可防、可控的目的。同時避免高溫寒武系灰巖疏放水在明排水溝內散熱,降低巷道溫度,改善井下工作面施工環境。擬對該處3個疏放降壓孔進行注漿堵水治理。該孔設計深度為130m,開孔下入一級Ф108mm套管15m,套管下至L3灰巖后,固管施工至設計層位鋁土,下入二級Ф89mm止水管50m,固管試壓后揭露寒武系灰巖80m,終孔直徑Ф63.5mm(詳見《疏水降壓孔鉆孔結構圖》)。根據已有資料實際情況為:孔深140m,開孔層位L2灰巖底板砂泥巖,開孔下入一級Ф108mm套管15m,套管下至L3灰巖后,固管施工至設計層位鋁土,疏放水屬于寒武系灰巖巖溶裂隙水,實測水溫約52℃,水壓2.8MPa,孔口安裝Ф110mm閥門,鉆孔結構為二級。

2涌水原因分析

根據查閱現有資料及現場情況分析,疏水降壓孔孔口涌水原因有兩種。

(1)由于采動應力作用,疏放孔孔口砂泥巖地層受擠壓破壞產生導水裂隙。

(2)井口套管環狀固管水泥被破壞,導致高壓寒武系灰巖水在排水管道不能及時排放的情況下沿孔口周邊巖石裂隙涌出。

3施工方案的確定

(1)油皮管止水,二級套管外注漿。施工順序為:拆除部分排水管道、拆除孔口水泥平臺→卸掉孔口閥門→提拔原孔內Ф110mm孔口套管(若無法提拔則直接在Ф110mm孔口套管內施工)→Ф94mm鉆頭擴孔至孔深50米鋁土泥巖層位→用Ф89mm套管下部接Ф73mm油皮管(套管外纏止水油泥=桐油+石灰+刀麻)下至孔深50m,鉆孔變徑處(Ф94mm～Ф75mm)→到套管外側完全止水(套管上口不封閉)→由孔口向Ф89mm套管外側注入水泥漿充填裂隙并固定套管→Ф75mm鉆頭透孔至終孔→安裝井口閥門、排水管道。

(2)木塞或膠塞止水,二級套管內注漿法。如第一方案失敗,即Ф89mm套管下部接Ф73mm油皮管不能在孔深50m處(Ф94mm～Ф75mm)固定止水,則繼續實施第二方案。

施工順序為:提拔全部Ф89mm套管下部接Ф73mm油皮管→用Ф89mm套管將錐型松木木塞或膠塞送至孔深55m鉆孔變徑處(Ф94mm～Ф75mm)→固定止水木塞到完全止水→由孔口通過Ф89mm套管泵入法注水泥漿充填裂隙并固定套管→Ф75mm鉆頭透孔至終孔→安裝井口閥門、排水管道

(3)不止水,對口注漿法。如第二方案失敗,即止水木塞或膠塞仍不能在孔深50m鉆孔變徑處(Ф94mm～Ф75mm)固定止水或者止水效果不理想,則繼續實施第三方案。

施工順序為:由孔口通過Ф89mm套管注入雙液漿(水泥漿+水玻璃)通過控制注漿壓力稍大于孔內水壓,使水泥漿充填裂隙并固定套管→Ф75mm鉆頭透孔至終孔→安裝井口閥門、排水管道。

(4)疏排水,對口反循環注漿法。如第三方案失敗,即止水木塞或膠塞仍不能在孔深50m鉆孔變徑處(Ф94mm～Ф75mm)固定止水或者止水效果不理想,則繼續實施第四方案。

施工順序為:從鉆孔側翼埋暗管引流,降低孔內壓力及涌水量→提升孔內Ф89mm套管距孔底孔深50m鉆孔變徑處(Ф94mm～Ф75mm)由孔口通過Ф89mm套管注入雙液漿(水泥漿+水玻璃)通過控制注漿壓力稍大于孔內水壓,使水泥漿反循環Ф89mm套管外側固定套管→Ф75mm鉆頭透孔至終孔→安裝井口閥門、排水管道。

(5)特定孔段止水,止漿塞注漿法。若以上四套方案均告失敗,則采用方案五。

施工順序為:處理完孔內套管,保持孔內干凈暢通→選定特殊孔段(該孔段具備層厚較大、巖石完好、較堅硬、不含水等特點,本工程L6－7灰巖具備這些特征)下止漿塞→由孔口通過鉆桿注入雙液漿(水泥漿+水玻璃)完全封閉鉆孔50m以上孔段→疏放降壓孔報廢→在原鉆場位置或者在報廢孔位置西側100m處重新布置鉆場施工3個孔深130m的疏放降壓孔。

4注漿工藝

(1)注漿系統。

(2)注漿方式。

(3)注漿材料。

(4)注漿參數。

①漿液的比重:一般講,若注單液水泥漿,則水灰比一般控制在0.8∶1～0.6∶1之間,特殊條件下可采用添加鋸末等骨料進行注漿。

②泵量與泵壓:泵量是根據含水層巖溶裂隙的發育程度及泵壓確定的,正常情況下,裂隙發育、泵壓在3MPa以內時,采用全泵量(250L/min)大流量灌注;裂隙發育較差、泵壓在3MPa以上時,采用中泵量(80～150L/min);達到終孔時用小泵量(40～80L/min),或漿液滲出鉆場內地面為準。

③待注漿壓力穩定后(穩定時間不少于15min),進行清水替漿,替漿后24h后泄壓。

(5)注漿技術措施。

①注漿期間各工種作業人員要堅守崗位,各負其責,保證注漿各個環節正常運轉。對含水層水位和涌水量要加派專人加密觀測,觀測結果要及時匯報。

②每孔注漿前都要觀測其水量和水壓,以便調整注漿參數,提高注漿效果。

③注漿過程中,記錄員要嚴格漿液配比標準,并根據現場情況及技術人員的要求及時調整漿液的比重等參數,并認真做好記錄。

④要嚴格注漿順序、注漿方式、注漿結束標準。

⑤注漿過程中如發現鉆孔串漿、堵塞或鉆孔進漿量明顯較少時,要及時查明原因。

⑥注漿結束,關閉孔口閥門卸下孔口高壓膠管,注漿結束的鉆孔24h內不得打開閥門。注漿結束后,要及時將管路沖洗干凈,以免沉淀堵塞管路。

⑦孔口附近必須設專用直通電話,不得與其他電話串用,以便能及時與地面聯系。

5幾點啟示

(1)井下施工因空間受限,應考慮到施工的可行性和安全性。

(2)任何工程尤其是復雜工程施工,多考慮幾套施工方案是正確的,也符合科學施工的指導思想。在制定施工方案時,應充分結合工程實際情況和經驗進行科學分析和篩選,按照由易到難、由簡單到復雜的順序排隊實施,不能盲目。施工過程中對施工方案及時調整,既要考慮經濟可行性,更要兼顧技術可行性。如本工程在第一方案失敗后,如認真分析止水失敗原因,則可跳過第二方案,而直接執行第三方案。本工程總工期5個月,前四套方案探索用了4個月,實際施工時間僅為1個月,造成工程成本增加,工期延長。

(3)任何工程在施工時要做到具體問題具體分析,經驗可以用來借鑒,但不能僅憑經驗解決施工過程中的問題。

(4)在處理復雜的工程問題時,不能單純從簡單、經濟的角度出發,要抓住問題的主要方面,以解決主要矛盾為本。本工程的前四套施工方案均是以節省成本為前提制定的,最終以第五套方案獲得成功,盡管增加了一定成本,但達到了施工目的,消除了礦井水的危害,也為處理類似工程難題提供了較好的借鑒經驗。

參考文獻

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[3] 王世光.鉆探工程(上冊)[M].北京:地質出版社,1986.

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