井下突水鉆孔分段注漿堵水技術研究

摘 要：針對HF-13鉆孔突水量大、水壓大問題，為了確保巷道圍巖穩定并實現快速對突水鉆孔封堵，根據突水鉆孔涌水水源及隔水層位置，采用分段注漿方式對突水鉆孔進行封堵。采用大孔徑鋼管代替鉆桿降低止水塞下放過程中水壓、水流影響，并為鋼管與鉆孔圍巖間注漿提供良好條件;待對鉆孔周邊導水裂隙封堵完成后，采用水泥漿對鋼管內部進行封堵。詳細對分段注漿施工方案以及施工技術進行闡述。通過分段注漿后有效封堵鉆孔突水，周邊錨網索涌水量降低至0.3m3/h以內，現場應用效果顯著。

關鍵詞：突水鉆孔;注漿封堵;止水塞;水泥漿

施工探放水鉆孔是煤礦水害防治中常規技術手段，但由于鉆孔施工前未能充分掌握水文地質條件或者鉆孔施工方案設計不全面，導致部分鉆孔施工過程中出現突水[1]?，F階段關于突出鉆孔治理技術手段包括有在突水鉆孔附近施工擋水墻并在擋水墻后進行注漿封堵;在突水鉆孔周邊進行注漿封堵突水鉆孔;在突水鉆孔內直接塞入止水塞。上述3中止水技術有其各自特點及適應范圍。文中就以某礦井下布置的HF-13鉆孔突水治理為工程背景，采用分段注漿封堵方式成功對鉆孔突水進行封堵，現場應用取得顯著效果。

1 工程概況

1.1 鉆孔結構

布置的HF-13按照60°仰角、90°方位角施工，孔深為63m，采用型號ZDY-4000S鉆機施工，配套采用的泥漿泵型號為BW-320/60，采用φ63.5mm鉆桿鉆進。鉆孔開孔位置孔徑為172mm、鉆進深度為6m時放入規格為168mm×6mm×5000mm孔口管，采用水泥漿固管。后期打壓試驗（試驗壓力5MPa）合格后，采用直徑133mm鉆頭鉆進到20.5m，并下方規格127mm×8mm×20m孔口管。同樣采用水泥漿進行固管，經打壓試驗（試驗壓力6.5MPa）合格后，采用直徑91mm鉆頭鉆進到63m。具體鉆孔結構見表1。

1.2 鉆孔突水概況

突水的HF-13鉆孔位于5109綜采工作面回風巷280m位置，設計的該鉆孔主要用以5號煤層頂板砂礫巖含水層疏排工作。該鉆孔于2019年8月施工完畢，之后一直關閉鉆孔孔口閥門測量頂板含水層水壓，測定孔口水壓為3.7MPa。鉆孔周邊錨網索有輕微淋水現象，淋水量在1～2m3/h。在HF-13鉆孔周邊施工繞道過程中，周邊錨網索淋水量突然增加至10～15m3/h，為了避免頂板淋水給巷道圍巖支護結構造成的影響，決定打開HF-13閥門進行疏排水，疏排過程中鉆孔涌水量約為56m3/h，頂板錨網索涌水量降低至2～5m3/h。但是鉆孔大量涌水會給采面正常生產帶來不利影響，急需在確保巷道圍巖穩定的前提下對鉆孔突水進行封堵。

2 突水鉆孔注漿封堵方案

2.1 鉆孔充水條件分析

根據鉆孔施工參數并結合已有的水文地質資料，確定的HF-13鉆孔揭露的巖層巖性見圖1。

在鉆孔施工過程中鉆進垂深在0～17.3m時僅有少量裂隙水涌出，鉆孔鉆進垂深在24.2m以上時開始進入到頂板礫巖含水層。因此認為鉆孔出水水源主要為頂板礫巖含水層。

2.2 分段注漿封堵技術方案

經過對鉆孔突水水文地質條件以及礦井現有設備條件分析，決定采用孔內分段注漿封堵方式對鉆孔突水進行封堵，主要步驟為：①對突水鉆孔內的出水點進行分段分割，將鉆孔內導水通道分割成兩個部分，其中上部分為出水段（含水層段）、下部分為導水段（隔水層段）。通過對比分析，分段點取值鉆孔垂高24.2位置，該位置為鉆孔鉆進時開始出水位置。在對鉆孔出水點進行分割時應考慮上覆巖層含水層高壓水對頂板破壞影響。因此，在鉆孔內采用的封孔器上布置鋼管（φ63.5mm×8.0m）進行排水卸壓;②采用封孔器對鉆孔上端封堵后，對鉆孔下段（隔水層段）進行注漿，從而封堵下段巖層內的導水裂隙。在注漿過程中對巷道圍巖裂隙發育位置同樣進行注漿加固，確保巷道圍巖穩定;③下段注漿完畢后，對鉆孔上段進行高壓注漿。

3 現場施工布置

3.1 封孔器下放

根據設計的突水鉆孔分段注漿堵水方案，在現場施工時應充分考慮鉆孔涌水量大（60m3/h）、頂板含水層水壓大（3.6MPa）對鉆孔封堵器下放帶來的影響，當封孔器下放困難時采用鋼管下放封孔管。采用的鋼管與鉆機鉆桿外形、長度一致，鋼管規格（直徑×壁厚×長度）為63.5mm×8mm×1500mm，為便于鋼管連接，將鋼管兩端進行車絲。通過鉆機將封孔器通過鋼管下放至設計封孔位置，由于鋼管內徑較大，從而降低封孔器下放難度。

3.2 分段注漿

分段注漿是通過布置在鋼管底部的橡膠環實現。在井下注漿時先采用單體支柱及木垛加固注漿孔附近圍巖，采用鉆機將帶有橡膠的泄壓管送入到鉆孔中，當橡膠環下放到到28m位置時（此時垂高為24.2m），開始對鋼管與孔壁間進行注漿。在注漿時選用水泥--水玻璃雙液漿，水灰比0.9：1，注漿壓力控制在4MPa左右，具體注漿時漿液擴散路徑見圖2所示。在注漿過程中下段鉆孔共注入約22.6m3水泥--水玻璃雙液漿，注漿壓力最大增加至6MPa，在注漿過程中鋼管內徑以及巷道頂板均為有出漿現象，鉆孔周邊錨網索涌水注漿降低至0.8m3/h以內，表明鉆孔下端巖層內的導水裂隙注漿被注漿漿液充填。

待注漿完成48h后，開始對鋼管內部進行注漿，注漿初期漿液水灰比為1.5：1，隨著注漿時間增加以及注漿壓力提升將注漿漿液水灰比逐漸提升至0.8：1，注漿結束時注漿壓力增加至6MPa，在此階段共注入25m3水泥漿。

鋼管內注漿完成36h后，開啟注漿閥門，此時鋼管內部完全被水泥漿液充填，鉆孔周邊錨網索涌水注漿降低至0.3 m3/h以內，注漿鉆孔周邊圍巖有明顯的變形或者破壞，通過分段注漿完成對突水鉆孔的有效封堵。

4 總結

①根據鉆孔鉆進位置水文地質資料，鉆孔突水水源主要為頂板覆巖礫巖含水層，并以該礫巖含水層與下部砂巖隔水層為邊界，采用分段注漿方式對該突水鉆孔進行封堵。首先采用水泥--水玻璃雙液漿對鉆孔圍巖中導水裂隙進行封堵，后采用水泥單液漿封堵導水鉆孔，從而實現鉆孔有效封堵目的;②針對中水壓過大、水流過大導致止水塞下放困難問題，采用大內徑鋼管代替傳統的鉆桿下放止漿塞，鋼管內部可用以排水卸壓，鋼管外部通過橡膠橡膠環將水進行封堵，從而為后續的注漿提供便利條件。鋼管外部注漿完畢后，可實現對鉆孔圍巖導水裂隙的封堵，并實現鋼管與鉆孔圍巖有效耦合;③采用水泥單液漿對鋼管內部進行注漿，從而實現對突水鉆孔的有效封堵。采用的分段注漿技術無需施工額外的注漿鉆孔，具有施工效率高、封堵快等優點。

參考文獻：

[1]劉松.定向分支鉆孔在特大動水注漿堵水工程中的應用[J].內蒙古煤炭經濟，2018（18）：20-21.

作者簡介：

曹麗曉（1987- ），男，山西省長子縣人，2015年1月畢業于太原理工大學，采礦工程專業，本科，現為工程師。