陷落柱上部空洞骨料灌注工藝

彭中欣/冀中能源股份有限公司東龐礦地測科

陷落柱上部空洞骨料灌注工藝

彭中欣/冀中能源股份有限公司東龐礦地測科

在2903陷落柱封堵治理過程中，為了阻止陷落柱頂部空洞繼續向上發育，為陷落柱封堵治理創造條件，通過優化治理設計，制定了科學、可行的骨料灌注工藝，提前對陷落柱頂部探查孔進行骨料灌注，確保了陷落柱封堵工程的完成，為今后陷落柱治理提供了借鑒。

骨料；灌注；工藝

2003年4月12日8時47分，東龐礦2903工作面，在掘進過程中，發生了我國歷史上罕見的2#煤層陷落柱特大奧灰突水災害，峰值突水量達70000m 3/h。突水前，陷落柱處于相對穩定階段，塌落物、柱內水體與柱體本身維持在一個相對平衡狀態。發生突水后，水流攜帶出大量的陷落柱內充填物，使陷落柱腔體體積增加，腔頂失去支撐，為了維持新的平衡，在重力和水流浸泡軟化的共同作用下，陷落柱將不可避免地存在著再次發生塌落的可能性，其發育高度上限會繼續增大。

為了阻止陷落柱頂部空洞繼續向上發育，減小空洞積水量，為陷落柱封堵治理提供前提，通過論證，對設計進行了調整，利用陷落柱空洞探查鉆孔提前對空洞進行骨料灌注，實現陷落柱上部空洞和孔隙的充填，從而在陷落柱的上端形成一個壓蓋封閉陷落柱與地表的溝通，為陷落柱內部封堵奠定基礎。

一、陷落柱頂部探查孔

為了查清陷落柱頂部發育高度，設計在陷落柱中心位置施工一探查孔，設計孔深420m。

該孔施工至325.41m時，泥漿消耗量突然增大，鉆機及時提鉆，改用Φ146m m巖芯管取芯鉆進，通過取芯證實：327.11～328.75m巖體破碎，有明顯水浸現象。

鑒于泥漿消耗增大，為了正常鉆進，采用孔內回填和鋸沫泥漿靜壓的方法堵漏，經過三次的回填堵漏并下入Φ216× 3000m m木塞一支終于臨時堵住漏失，注水泥形成人工井底，并下入Φ194×8m m通天無縫鋼管0～313m。下入套管后繼續鉆進，鉆孔在336.61m見陷落柱，探孔深度為417.37m，陷落柱頂部空洞發育高度為80.76m。通過水位觀測，證實為奧灰水位。

二、骨料灌注技術要求

1.根據陷落柱頂部發育高度，預計需灌注骨料為2萬m3左右。

2.骨料采用粉碎后的煤矸石、石子、細沙（河沙）等，以3-20m m的直徑為主，灌注水固比范圍為6:1～10:1。

3.采用孔口漏斗投注骨料，水流攜帶灌注法。

4.鉆孔達到可注骨料條件后,應先準備好捅孔條件及注骨料條件，然后進行骨料灌注。為了加快灌注速度，前期灌注骨料的水固比為6:1，后期采用水固比10:1，或以在水中加入細砂等方法，加大浮力增加攜帶固體的能力。

5.按定量（試注后確定）間歇法進行灌注，每次間歇后，采用鉆具透孔或大量壓水方法，把骨料沖掃至周圍空洞之中，并預測剩余空洞大小。

6.灌注過程中要求觀測孔口是否有溢水、冒氣等異常現象，以防堵孔，每2小時要用細鋼絲繩吊重錘探測孔深一次。

三、骨料灌注工藝流程

將填料料斗（漏斗）連接在孔口上，其上方為一計量斗，孔口下方為送水三通。水泵選用25 m3/h的普通潛水泵向孔內注水，水泵端水管聯接有回水管，可以調節水量大小，然后按照水固比6：1的速度向孔內勻速注入骨料。每灌注20～30 m3或2小時用吊錘探孔一次，探查孔內骨料位置，掌握鉆孔暢通情況。灌注過程中，若發現水位異常、孔口突然涌水，立即停止投入骨料，進行探孔工作。若發現堵孔，首先采用NBB-250/60變量泵，接通井口向孔內由小到大壓水，一般采用該方法基本能夠順利壓通鉆孔，壓通后采用鉆具探孔，沖掃下部骨料，恢復鉆孔與空洞正常后，繼續正常灌注。壓水無效時，利用鉆機下鉆打撈骨料，直至鉆孔暢通。

根據骨料灌注量，定時下鉆具沖掃陷落柱內骨料，即采用三翼鉆頭，兩側帶有噴嘴的鉆具在堆積骨料內通過高壓水上下反復沖掃，噴射水壓力不小于鉆孔水壓力的1.5倍，約為5.3M pa，確保骨料充分擴散到周圍空洞裂隙之中。

灌注骨料工程延續到后期時，孔內經常堆積骨料，堵塞鉆孔，這個時期以壓水、沖掃孔為主。填入孔內5～10m3就要吊錘探孔一次，時時掌握孔內骨料的上升情況，一旦發現鉆孔內有骨料，及時下鉆沖掃，當沖掃、壓水反復數十次，骨料不再下移時，即可認為骨料已經填滿。

至陷落柱頂部空洞灌滿骨料，共灌注骨料17867m3。

四、幾點建議

1.骨料灌注過程中，嚴格控制骨料灌注速度，定時停頓以釋放孔內氣壓，一方面要避免由于高壓聚集空氣驟然釋放對孔壁的沖擊破壞，造成塌孔事故；同時防止孔內大的巖塊被沖向孔外，在水壓降低回落時造成堵孔事故。

2.每次灌注前應先開泵壓水10m i n，在確保泵量充足，管路暢通的情況下，才能開始灌注骨料。

3.每次發生孔口涌水時，應立即停止灌注，待卸壓鉆孔恢復正常后，清理孔口涌出的骨料，疏通進水管路，之后才能繼續灌注，嚴禁在涌水狀態下，將反出的骨料向孔內充填。

4.專人監測孔口返水及骨料下放舒暢程度，一旦發現骨料下放不暢，及時停止灌注骨料，用高壓水沖孔，該種方法處理堵孔效果較好；

彭中鑫，男，1967年1月出生，河北晉州市人，學士，高工，河北金牛能源股份有限公司東龐礦地測科。