新集二礦111305采空區(qū)水的注漿封堵實踐

李 磊，馮明振，儲誠想

（國投新集二礦，安徽 淮南 232181）

1 概述

新集二礦111305工作面為寒武系地層推覆體下開采工作面，工作面自2010年回采結(jié)束后其采空區(qū)水量受寒武系灰?guī)r水（通過風(fēng)巷4-3＃鉆孔）補給，水量達到110 m3／h左右，大大增加了礦井涌水量并加重礦井排水負荷，每年僅排水費用就達到200萬元，因此，需要對111305采空區(qū)出水點進行注漿堵水，由于井下施工安全威脅較大，因此需在地面施工鉆孔進行注漿堵水，由于該工作面地面位置為花家湖水面，施工難度較高，為此，新集二礦與安徽煤田地質(zhì)局第一勘探隊合作在淮南礦區(qū)采用水上平臺施工鉆孔注漿堵水，同時采用主孔與分支孔相結(jié)合的方法，在111305采空區(qū)出水點附近形成蓋帽，進一步封堵過水通道，減小礦井涌水量及排水費用，提高礦井排水系統(tǒng)安全保障能力。

2 111305工作面水文地質(zhì)條件及出水經(jīng)過

2.1 工作面概況

111305工作面位于新集二礦13-1煤中央采區(qū)東翼，工作面走向長478m，傾向?qū)?0 m（中～中平距），該面北為111307采空區(qū)（2003年采完），南為13-1煤未動用區(qū)，西臨03勘探線，東至13-1煤回風(fēng)上山。地面對應(yīng)位置為工廣北面、西淝河、花家湖湖面及湖心島。該工作面于2009年8月份始進行回采，截止至2010年4月份回采結(jié)束（見圖1）。

2.2 工作面水文地質(zhì)情況

1）新生界松散含水層。該區(qū)域地層厚度92.1～98.m，主要由砂層、砂質(zhì)粘土及粘土層等組成，含水豐富，富水性中等～較強；但距工作面299 m 以上，且中間有寒武系地層相隔，對工作面開采無直接影響。

2）寒武系灰?guī)r含水層。111305工作面頂板上部由寒武系地層直接覆蓋，該含水層厚度230.3～265.2m，以灰?guī)r為主，富水性不均一，淺部由于風(fēng)化作用，巖體呈散體結(jié)構(gòu)，富水性相對較強；淺部以下及其深部裂隙不發(fā)育，富水性相對較小。4-3＃鉆孔出水分析，該區(qū)域寒武系灰?guī)r富水性強，且水量穩(wěn)定，是111305工作面直接補給水源。

圖1 111305工作面平面

3）13-1煤頂板砂巖裂隙含水層。根據(jù)111305工作面風(fēng)巷施工的探測防水煤柱鉆孔，該區(qū)域煤系地層厚度80～106m，巖性以泥巖、花斑泥巖為主，含有部分細砂巖和砂質(zhì)泥巖，富水性不均一。工作面采后直接波及到上覆的頂板砂巖含水層，13-1煤頂板砂巖水是111305工作面回采的直接充水水源。

2.3 工作面出水經(jīng)過

1）風(fēng)巷探測水煤柱4-3＃鉆孔出水情況。2008年12月10日111305風(fēng)巷在距老切眼14.5m 處的4＃探水鉆場內(nèi)施工了探測水煤柱4-3＃鉆孔，設(shè)計方位270°，設(shè)計仰角+40°，設(shè)計孔深130m，實際孔深94m。

2008年12月28日早班4-3＃鉆孔鉆進至94m（其-348.6m）位置出水，初始水量50～60m3／h，后穩(wěn)定在80～110m3／h左右，未見衰減趨勢，水壓4.2 MPa，水質(zhì)類型為Cl-Na+型，水源為寒武系灰?guī)r水。同時，地面寒武底部觀測孔0706孔水位同步明顯下降，形成降落漏斗。

2）工作面回采期間出水情況。2010年4月10日工作面回采至441m 處時，工作面內(nèi)出水，水量達40m3／h，根據(jù)資料分析，該水源為13-1煤頂板砂巖水，但受到上覆寒武系灰?guī)r水的補給。

3）工作面水量構(gòu)成及變化情況。工作面回采結(jié)束時采空區(qū)水量穩(wěn)定在160m3／h左右，主要由風(fēng)巷4-3＃鉆孔水及工作面收作位置出水構(gòu)成，其中風(fēng)巷4-3＃鉆孔水量110m3／h 左右，工作面出水水量50 m3／h。注漿封堵前111305采空區(qū)水量110 m3／h，其中從機巷封閉墻流出水量20m3／h，自泄水巷封閉墻流出水量90m3／h。

3 111305采空區(qū)水注漿封堵方案

3.1 方案概述

采用水上平臺施工鉆孔注漿堵水，同時采用主孔與分支孔相結(jié)合的方法，在111305采空區(qū)出水點附近形成蓋帽，進一步封堵過水通道。

3.2 具體方案

1）鉆孔布置。首先在花家湖湖面安設(shè)鉆機水上平臺，平臺高7.5m，在湖面施工一個主孔（垂直鉆孔），終孔位置控制在111305工作面4-3＃鉆孔出水位置，進行注漿堵水，先封堵主要出水點，孔深383.34m（寒武系灰?guī)r底界之下5m）。

主孔（垂直鉆孔）封閉235～240m 以下孔段，自240m再施工3個分支鉆孔，進行注漿堵水，形成蓋帽，進一步封堵過水通道。分支鉆孔與垂直鉆孔在寒武系灰?guī)r底界面位置間距為15m 左右，均勻分布，3個孔分支孔孔深均為380m。鉆孔布置方式見圖2。

圖2 111305采空區(qū)水注漿封堵鉆孔布置平、剖面示意

2）主孔（垂直鉆孔）

（1）一開孔徑Φ311mm，深度0～126m，下入Φ219×10mm 套管，封閉隔離新生界松散層。

（2）二開孔徑Φ190mm，深度126～369.33m，寒武系灰?guī)r底界面之上1～2m，下入Φ168×8.94mm 石油套管，且對套管底口30m 進行封固；考慮到施工期間的復(fù)雜性及不可預(yù)見性，為確保安全施工，選用Φ146×8 mm 套管作為備用。

（3）三開孔徑Φ118mm 至終孔。

3）定向分支鉆孔。3個分支孔的定向鉆進選用北京海藍公司生產(chǎn)的有線隨鉆儀器、Φ121mm 無磁鉆鋌、1.25°～1.75°的Φ120mm 螺桿。施工先后順序：先施工分支1?？撞⒆{，再將分支1?？追饪?，施工分支2?？撞⒆{，再將分支2?？走M行封孔，最后施工分支3?？撞⒆{，注漿及井下出水量均達到要求后全孔使用水泥漿封閉，全部工程結(jié)束。

（1）分支1?？讖闹骺?35 m 處開始分支施工，使用1.25°和1.75°兩種螺桿和Φ121mm 無磁鉆鋌定向施工，定向方位91°，造斜平距14.52 m，實際孔深380 m，垂深379.16m。

（2）分支2＃孔從主孔234 m 處開始分支施工，使用1.25°和1.5°兩種螺桿和Φ121mm 無磁鉆鋌定向施工，定向方位215°，造斜平距17.15 m，實際孔深380 m，垂深378.98m。

（3）分支3＃孔從主孔233 m 處開始分支施工，使用1.25°和1.5°兩種螺桿和Φ121mm 無磁鉆鋌定向施工，定向方位325°，造斜平距16.13 m，實際孔深380 m，垂深378.96m。

分支鉆孔定向軌跡見圖3。

圖3 分支鉆孔定向軌跡平面

4）注漿封堵設(shè)計與施工

（1）注漿帷幕。主要在寒武系灰?guī)r底界4-3＃鉆孔出水點附近進行注漿堵水，然后利用3個分支孔進一步形成帷幕（見圖4）。

圖4 注漿帷幕

（2）漿液選擇。以單液水泥漿為主，跑漿嚴重時采用雙液漿，或以砂子、碎石子、海帶、鋸末等骨料作為輔助添加劑。

（3）注漿壓力。井下水壓為4.2 MPa，故設(shè)計本次注漿壓力小于或等于8.4 MPa（以井下水壓的2倍為界線）。

（4）注漿流程。注水試驗→造漿→注漿→達到終壓標(biāo)準(zhǔn)→注水穩(wěn)壓→停止注漿清洗注漿泵、輸漿管路→沖洗泵缸、并清洗攪拌機準(zhǔn)備下次注漿。

（5）注漿配比。單液漿注漿采用P.C 32.5 新鮮復(fù)合硅酸鹽水泥，水灰比一般控制在0.8∶1左右。

雙液漿注漿采用P.C 42.5 新鮮復(fù)合硅酸鹽水泥、水玻璃，每次雙液漿注漿前要做好雙液漿凝固配比試驗。

（6）注漿情況。本次注漿分為主孔注漿及分支孔注漿，共計注入水泥2175t，水玻璃75t。

①主孔注漿。主孔孔深383.34m，注漿段369.33～383.34m，段長14.01 m（設(shè)計注漿段段長6.00～10.00 m），漿液選擇為單液漿，注漿量1122.22m3，水灰比0.8∶1，使用P.C 32.5水泥1010t，注漿壓力8.9 MPa。

②分支孔注漿。1＃分支孔孔深380m，注漿段370～380m，段長10m（設(shè)計注漿段段長6.00～10.00m），漿液選擇為單液漿，注漿量444.45 m3，水灰比0.8∶1，使用P.C 32.5水泥400t，注漿壓力8.5 MPa。

2＃分支孔孔深380m，注漿段370～380m，段長10m（設(shè)計注漿段段長6.00～10.00m），漿液選擇為單液漿和雙液漿，單液漿注漿量177.78 m3，水灰比0.8∶1，使用P.C 32.5水泥160t，雙液漿注漿量144m3，水泥漿水灰比0.8∶1，使用P.C 42.5水泥80t，40Be水玻璃75t，注漿壓力8.8 MPa。

3＃分支孔孔深380m，注漿段370～380m，段長10m（設(shè)計注漿段段長6.00～10.00m），漿液選擇為單液漿，注漿量244.44m3，水灰比0.8∶1，使用P.C 32.5水泥220 t，注漿壓力8.6 MPa。

③上部寒武系灰?guī)r堵漏注漿情況。上部寒武系灰?guī)r堵漏工作主要在主孔段和分支1?？祝骺锥味侣┦褂盟?80t，水泥漿200m3，分支1＃孔堵漏使用水泥130t，水泥漿144m3，合計堵漏用水泥310t，水泥漿344m3。

4 注漿后111305采空區(qū)水量變化

主孔注漿結(jié)束后實測井下水量為40～50m3／h（注漿前井下出水量為110m3／h左右），通過3個分支孔的注漿施工，主孔周圍出水點上部形成蓋帽，進一步封堵了出水通道，最終將井下采空區(qū)水量降低到20m3／h。

5 結(jié)語

1）在淮南礦區(qū)首次利用水上平臺，采用定向分支鉆孔技術(shù)進行注漿封堵。鉆孔在富水性較強的推覆體寒武系灰?guī)r中鉆進、注漿堵水，注漿效果明顯，為今后強含水層進行注漿堵水的施工及水上開展井下注漿封堵工作積累了經(jīng)驗。

2）通過注漿堵水，111305采空區(qū)水量從110m3／h降至20m3／h，堵水效果良好，達到預(yù)期目的；按照目前從-550m 水平每排水1m3電費為1.7元計算，那么每年僅電費節(jié)省就達到130 萬元（不含排水設(shè)備折舊以及人工費用）；同時由于注漿堵水后礦井涌水量減小，增強了礦井排水系統(tǒng)安全保障能力。