孤島工作面底板注漿加固管控技術(shù)實(shí)踐

王啟軍

（義煤集團(tuán)新義礦業(yè)有限公司，河南 新安 471821）

新義井田位于新安煤田傾伏向斜北翼的深部，區(qū)外淺部毗鄰新安煤礦，東部毗鄰義安煤礦，井田面積約42.7km2。礦井直接充水水源為頂板山西組砂巖裂隙含水層和底板太原組灰?guī)r巖溶承壓含水層，兩含水層富水性弱，對(duì)礦井安全生產(chǎn)影響不大；間接充水水源為奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，總厚度273m，距離二1煤層底板44.30～79.68m，平均58m，為弱-中等富水性的含水層，具有分布不均勻、巖溶發(fā)育不穩(wěn)定等特點(diǎn)，目前開采-305m水平以淺底板承受水壓3.2～4.2MPa，對(duì)礦井安全生產(chǎn)有一定威脅，是礦井防治水工作的重點(diǎn)。

1 工作面概況

12030工作面位于新義井田12采區(qū)中部，北部為井田邊界保護(hù)煤柱，南部為-305m水平西翼回風(fēng)大巷保護(hù)煤柱，東西兩側(cè)分別為已回采12020工作面和12040工作面。12030工作面軌道順槽和皮帶順槽均為沿空送巷。12020工作面和12040工作面僅對(duì)瞬變電磁物探異常區(qū)進(jìn)行了底板注漿加固，注漿效果影響范圍較小，且受兩側(cè)工作面采動(dòng)壓力的影響，12030孤島工作面兩順槽底板均受到不同程度的破壞，給工作面底板注漿加固帶來了一定的難度。

12030工作面設(shè)計(jì)傾向長(zhǎng)為861.2.3～925.7m，走向長(zhǎng)為158.1m，工作面標(biāo)高為-295.3～ -213.1m，地面標(biāo)高+355.2～ +399.8m。工作面煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，基本頂為中粒砂巖，直接底板為細(xì)砂巖，基本底為硅質(zhì)泥巖。12030工作面地層柱狀圖如下圖1。

2 底板注漿加固鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)鄰近工作面底板注漿改造的經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)要求，漿液擴(kuò)散半徑約30m，為了有效地改造煤層底板，保證工作面全覆蓋注漿加固效果，各鉆孔落底平面間距確定為52m，鉆場(chǎng)布置原則上鉆場(chǎng)與鉆場(chǎng)間距120m，如遇底煤厚的地方進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。鉆孔布置在平面上采用放射狀展布，以斜孔為主，在剖面上長(zhǎng)短結(jié)合，使鉆孔揭露的含水層段盡量長(zhǎng)。鉆孔盡量與斷層、裂隙垂直或斜交，穿過多個(gè)含水層（鉆場(chǎng)之間的鉆孔盡量進(jìn)行交叉布孔，以達(dá)到揭露的裂隙最多，避免出現(xiàn)注漿空檔）。終孔點(diǎn)輻射奧灰含水層，空間上把煤層底板注漿改造成箱形隔水單元，隔斷工作面深部與外圍導(dǎo)水構(gòu)造之間的水力聯(lián)系。整體設(shè)計(jì)平面圖如下圖2。

圖1 12030工作面地層柱狀圖

圖2 12030工作面底板注漿加固設(shè)計(jì)平面圖

3 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔開孔采用直徑Ф133mm鉆頭，鉆進(jìn)21.4m后,下Ф127mm一級(jí)套管20.9m（遇破碎帶、煤層等可適當(dāng)延長(zhǎng)套管長(zhǎng)度，以下至完整巖層為準(zhǔn)），換直徑Ф113mm鉆進(jìn)，下Ф108mm二級(jí)套管，二級(jí)孔深為計(jì)劃下入二級(jí)套管長(zhǎng)度加0.5m，二級(jí)套管長(zhǎng)度一般由煤層底板巖石穩(wěn)定程度和鉆孔俯角、水壓大小及鉆孔與巷道相對(duì)位置關(guān)系這四大因素確定，具體按照1MPa×4m計(jì)算，但套管最短不少于30.4m（遇破碎帶、煤層、與巷道夾角小時(shí)等可適當(dāng)延長(zhǎng)套管長(zhǎng)度，已下至完整巖層為準(zhǔn)），然后換Ф75mm鉆頭鉆至終孔（圖3）。

圖3 鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

4 重點(diǎn)環(huán)節(jié)管控

（1）開孔

鉆場(chǎng)開始施工之前，測(cè)量人員與施工人員共同在鉆場(chǎng)內(nèi)施放鉆孔方位線，地質(zhì)人員與施工人員共同標(biāo)定鉆孔開孔位置，鉆孔開口位置要布置合理，便于補(bǔ)加鉆孔。鉆孔開孔時(shí)嚴(yán)格按照鉆孔標(biāo)定的方位及傾角穩(wěn)固鉆機(jī)，要求方位角誤差控制在±1°范圍內(nèi)，傾角誤差控制在±0.5°范圍內(nèi)。

（2）下套管

① 根據(jù)設(shè)計(jì)套管長(zhǎng)度確定開孔孔深，開孔孔深應(yīng)比設(shè)計(jì)套管長(zhǎng)度多0.5m，退鉆前使用高壓水把孔內(nèi)巖粉沖凈。

② 嚴(yán)格按設(shè)計(jì)直徑及長(zhǎng)度下入套管，并且套管的母扣與接箍公扣長(zhǎng)度必須一致，誤差不能超過2mm，安裝時(shí)，接箍絲扣上要加棉紗、生料帶并擰緊，杜絕出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

③ 下套管遇阻時(shí)，禁止猛砸套管，可采用高壓水沖洗孔內(nèi)巖（煤）粉或者采用比套管直徑低一級(jí)的鉆頭掃孔的辦法處理，若使用以上辦法均未成功時(shí)，可將套管拔出，再次擴(kuò)孔。

④ 禁止使用鉆機(jī)強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)套管，防止套管折斷。下套管時(shí)必須使用管卡，防止套管掉入孔內(nèi)。

⑤ 一、二級(jí)套管接口位置要錯(cuò)開0.5m以上，防止套管錯(cuò)斷起不到作用。

（3）掃孔試壓

① 根據(jù)施工方位及測(cè)定的套管傾角調(diào)整鉆機(jī)，對(duì)正孔位后方可掃孔，嚴(yán)禁目測(cè)后掃孔；嚴(yán)禁啟動(dòng)鉆機(jī)帶動(dòng)鉆桿對(duì)正方位，并在孔口加裝護(hù)壁接頭，以防打爛套管或掃偏孔。

② 掃孔鉆進(jìn)超過各級(jí)套管長(zhǎng)度1m時(shí)，進(jìn)行套管耐壓試驗(yàn)，壓力不小于設(shè)計(jì)壓力，穩(wěn)定時(shí)間均不少于30min，試驗(yàn)無漏水現(xiàn)象時(shí)，耐壓試驗(yàn)成功。

③ 二級(jí)套管試壓時(shí)必須安裝閘閥進(jìn)行試壓，防止鉆進(jìn)過程中因閘閥安裝不嚴(yán)密而造成出水不可控事故。

④ 為防止鉆孔揭露含水層后，沿隱蔽斷層裂隙帶跑水或跑漿現(xiàn)象，鉆孔施工至揭露含水層前，可進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，如壓力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，孔口周圍無異常，則繼續(xù)鉆進(jìn)，否則要先進(jìn)行注漿加固。

（4）注漿

采用壓入式注漿，主要含水層以上的含水層單孔出水量小于20m3/h，可采用終孔后全段一次注漿；單孔出水量超過20m3/h時(shí)，應(yīng)采用分段下行式（自上而下）逐段對(duì)含水層進(jìn)行注漿。注漿過程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)漿量大或跑漿嚴(yán)重時(shí)，可以采用間歇式注漿，盡量充填實(shí)導(dǎo)水裂隙。

鉆孔達(dá)到終孔起鉆前，用壓力水沖洗鉆孔不少于30min，孔內(nèi)巖粉沖洗干凈返清水為止。當(dāng)涌水量小于5m3/h時(shí)，可進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，水壓增升快或進(jìn)水不暢時(shí)可采用井下注漿泵進(jìn)行封孔，否則進(jìn)行地面注漿。鉆孔達(dá)到終孔層位且涌水量大于5m3/h或未達(dá)到終孔但涌水量大于20m3/h時(shí)，原則上進(jìn)行地面注漿。

根據(jù)整個(gè)煤田底板注漿加固經(jīng)驗(yàn)，單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿干料/單孔涌水量≥3；注漿終孔壓力≥12PMa，穩(wěn)壓時(shí)間≥30min。

（5）注漿質(zhì)量驗(yàn)收

單孔注漿量達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，井下封孔注漿結(jié)束16h后，可進(jìn)行拆封驗(yàn)收。拆封需測(cè)量殘余壓力，探測(cè)空管長(zhǎng)度，查看孔內(nèi)是否滴流水以及水泥凝固狀況，確保各條件符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

（1）底板注漿加固鉆孔施工過程中，受臨近工作面采動(dòng)后壓力的影響，底板淺層泥巖破碎，易塌孔造成一級(jí)套管下設(shè)困難，采取下設(shè)Ф146mm孔口管護(hù)壁，注漿加固淺層破碎巖層措施，可解決下套管難的問題。

（2）加強(qiáng)底板注漿加固鉆孔重點(diǎn)環(huán)節(jié)管控，嚴(yán)格按照要求施工，不僅保證了鉆孔施工安全，把住了工程質(zhì)量關(guān)，同時(shí)節(jié)約了單孔鉆進(jìn)的施工時(shí)間，提高了鉆孔成孔效率，整體加快了工作面全覆蓋底板注漿加固施工進(jìn)度，為工作面的安全回采奠定了基礎(chǔ)。