破損水文觀測孔涌水封堵技術在高河礦的應用

石 強

（潞安集團高河能源有限公司，山西 長治 046000）

水文觀測鉆孔在礦井防治水工作中具重要作用，如其出現破碎涌水，會給礦井安全生產帶來嚴重威脅。廣大防治水專業技術人員結合礦井涌水鉆孔的實際情況，對鉆孔封堵進行了研究，靳子棟［1］針對峰峰礦區高水壓大流量鉆孔的封堵進行了研究，總結了高水壓、大流量鉆孔施工及封堵技術；白利明［2］提出適合井下帶壓水文鉆孔的封堵治理方案；王卓［3］制作了出水鉆孔封孔裝置，利用水泥漿和骨料結合間歇注入的方式,成功封堵了該鉆孔；高春芳和李沖［4］采取“三步走”的封堵方案對出水鉆孔實現了封堵，封堵率達到100%。

1 涌水情況分析

1.1 概況

高河礦奧灰水文觀測1#鉆孔位于+450 m水平東翼進風大巷內，自2010年9月28日開始施工，于2010年10月27日竣工。鉆孔孔深466.5 m；一開孔徑Ф159 mm，下入Ф146 mm套管20 m；二開孔徑Ф133 mm，下入Ф127 mm套管84 m，固管注水泥1.5 t；三開孔徑Ф113 mm，下入Ф108 mm套管150 m，固管注水泥2.5 t；換徑Ф94 mm至終孔466.5 m，為裸孔。

1.2 存在問題分析

2019年9月3日，該水文觀測孔附近E1306巷段向工作面輔設回填，輸送管路Ф325 mm×25 mm耐壓實驗時，發生縱向應力集中，微彎曲點心薄弱截面破斷，應力釋放徑向強大的瞬間爆射力，直接巧合摧毀間距約200 mm的奧灰水文觀測1#鉆孔連接口，可控閘閥、三通明顯向幫側傾斜，連接口絲扣斷裂，孔內水直接涌出，根據現場測量漏水量為8 m3/h，鉆孔出水量為45 m3/h，水壓1.6 MPa。

通過現場勘查需解決以下問題：①孔口封堵設施達到承載壓力的3.5倍；②各級套管環狀間隙涌漏水需徹底封堵；③封堵期間，需控制漿液向通道內擴散，最大限度地減低污染。

2 涌水封堵施工方案

奧灰水觀測鉆孔封堵施工順序為：①孔口地面處理；②截取套管安裝閥門；③安裝孔口安全倉及注漿系統；④鉆孔探查、觀察孔內情況；⑤孔內下入止水器；⑥鉆孔注漿；⑦孔口回填，見圖1。

圖1 封堵施工方案剖面

具體施工方法步驟如下：

（1）采用袖珍式高精度可視探測儀，探查鉆孔內情況。

（2）圍繞奧灰水文觀測1#鉆孔，開挖長1.2 m、寬0.9 m、高0.3 m的施工坑，查看奧灰水文觀測1#鉆孔涌漏水的具體狀況。

（3）取下孔口閥門，將孔口打開，放水降低水壓；利用割管器將孔口切取相對平面且達到封閉要求，安裝閥門，孔內出水流經距孔口30 m處堵水墻（長4.5 m×高1 m×寬0.3 m），由其下方兩趟4寸排水管排入東輔大巷排水溝，自流進入中央水倉，預計最大涌水量45 m3/h。

（4）安裝孔口注漿系統，并測試符合注漿封孔要求。

（5）安裝孔口安全倉，將安全倉安裝在閥門上部，并安裝進入奧灰50 m段的Φ90 mm止水器，連接止水輸入管，(止水輸入管為Φ10 mm鋼管；Φ90 mm止水器材質為鋁合金、長1.5 m、重量15 kg，抗壓10 MPa），并打開閥門及安全倉，利用手動調直下管器，將連接好止水輸入管的止水器下入套管內；之后關閉安全倉，使止水輸入管和鉆孔達到密封效果，然后進行孔內懸空止水封堵。

（6）進行止水器上部50 m段高的注漿充填，待凝固達到預期效果及側壓滿足上部段的注漿要求，進行孔底上翻注漿模式。

（7）待漿液進入孔口再進行孔口高壓向內壓入模式。

（8）漿液飽和密實，直達孔口并符合要求，進行漿液凝固后的測試，測試壓力達到水壓的3倍，即9 MPa。

（9）封堵注漿結束，拆除無關設備，坑道回填。

3 注漿施工工藝

3.1 注漿流程及原則

每次注漿前需進行壓水試驗，在通道正常的情況下，注漿應依據，先稀后稠再稀的原則，后期采用純水泥漿液，特殊情況下結合細微的變化調整；注漿結束4小時后進行壓力測試，壓力瞬間上升說明注漿成功，間隙上部沒有空隙；注漿結束4小時壓力測試達不到要求，進行二次補注漿。

二次補注漿工藝如下：在水泥漿中按比例加入5‰的膨脹劑，首次注漿達到6.0 MPa后凝固30 min再次注漿，如果壓力瞬間達到6.0 MPa即可停止注漿，或壓力緩慢上升，壓力達到6.0 MPa時停止注漿；凝固60 min后再次注漿，如果壓力瞬間達到6.0 MPa即可停止注漿，或壓力緩慢上升，壓力達到6.0 MPa時停止注漿，凝固120 min后再次注漿；若壓力無法瞬間達到6.0 MPa，繼續凝固120 min，再次注漿直到注漿壓力能夠瞬間上升至6.0 MPa。

3.2 注漿材料及方式

采用以雙液漿、水泥、水玻璃或水泥添加劑混合漿，必要時實施化學漿液；采用孔口壓注方式。

3.3 漏漿封堵工藝

在注漿過程中出現漏漿時，可采用間歇注漿的方式，利用漿液自身凝固對一些細小的漏漿通道進行封堵；漏漿較大時，可在水泥漿內添加0.3‰～5‰的水泥快速沉降聚凝劑，或者3‰～5‰的膨脹劑，以在短時間內封堵漏漿通道；漏漿嚴重無法有效封堵時，也可采用化學漿液進行封堵。

3.4 安全措施

（1）注漿過程需安排專人進行安全觀察。在注漿過程中對注漿管路、注漿區頂板、底板及兩幫進行觀測，發現問題應及時停止注漿施工，并放漿泄壓；且觀察人員需與孔口注漿人員保持聯系，時刻掌握注漿情況。

（2）注漿過程中需對孔口注漿管路進行固定，并且禁止人員在孔口管正對方向進行站立、走動；注漿施工過程中，注漿泵等設備的操作人員不得離開各自崗位。

（3）注漿閥門需滿足注漿壓力需要，使用后要進行及時清理和保養；注漿施工中注漿閥門應處于良好狀態，出現損傷滲漏時禁止使用；且其密封墊也應滿足相關技術要求。

4 封堵施工情況分析

通過對破損鉆孔涌水情況分析，采用以上封堵技術方案對奧灰水文觀測1#鉆孔進行了封堵施工，自設備入場可正常運轉開始，凈施工工期為7天，注漿壓力達到6 MPa，使用注漿水泥50.4 t。漿液凝固24h后對鉆孔進行了檢查，水泥漿液凝固良好，注漿閥門打開無出水現象，取得了良好的應用效果。

5 結語

水害是礦井五大災害之一，在礦井生產過程中應將防治水工作擺在重要位置。通過分析高河礦奧灰水文觀測鉆孔破損問題，制定了相應的封堵施工技術方案，并確定了注漿技術工藝參數；封堵注漿后管路無出水現象，表明該封堵技術方案封堵效果良好，預防了礦井涌水事故，保證了礦井安全開采，可為同類破損鉆孔涌水封堵提供參考借鑒。