基于遠程輸漿條件下地面注漿工藝研究

趙鵬飛

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺 054000）

1 概 況

邢東礦1300 采區地面定向鉆探防治水工程重點對邢東礦1300 采區內F15 和F19 導水斷層進行探查治理，共設計2 個鉆場。此次討論的FZ2 鉆場重點對F15 導水斷層進行探查治理，在解放其防水煤柱的同時，對斷層下盤奧灰一定深度進行注漿加固，以增加2 煤底板隔水層厚度。該鉆場共設計1 個主孔，24 個分支孔，鉆探工程量14 213 m，預計注水泥11 371 t。根據注漿工程量，設計1 個注漿站，制漿能力不低于40 m3/h，配套2 個水泥儲存罐，單個容量不小于100 t。

2 FZ2 鉆場場地條件

FZ2 鉆場地處邢東礦西側北張家屯村西北部，為農房和圍墻合圍三角區，面積僅3 000 m2，如圖1 所示。根據現場測算，當鉆機及配套設備進場后，場地不具備放置制漿機和水泥存儲管的空間。因鉆場位于村莊北部，只有1 條村道（僅3 m 寬）可行，向現場運送水泥時，運輸車輛須在村莊內部穿行2 km，運輸困難，影響注漿效果。

圖1 FZ2 鉆場場地條件示意圖Fig.1 FZ2 drilling site conditions schematic

3 FZ2 鉆場注漿站設計

因FZ2 鉆場周邊村莊較多，且空地以基本農田為主，就近建設注漿站的可行性不高。考慮到FZ3 鉆場空間大，水泥運輸便利，同時方便管理，遂設計將FZ2 鉆場注漿站建在FZ3 鉆場，FZ2 鉆場采用遠程管路輸漿的設計思路。

3.1 制漿系統設計

為滿足工程施工要求，制漿系統采用一體化移動智能制漿系統。該系統主要由一級高速渦流制漿、二級儲漿桶、水箱、空壓機氣路系統、在線監測系統、配電及計算機綜合控制系統等部分組成。采用集裝箱式密封設計，吊裝方便，滿足環保要求。與制漿機相配套的是2 個容量150 t 的水泥儲存罐和2 臺獨立的螺旋上料機。制漿系統依據設定參數實現自動配比，日制漿能力1 000 m3。制漿系統設備見表1。

表1 制漿系統設備明細Table 1 Pulping system equipment details

3.2 注漿系統設計

FZ2 鉆場注漿時采用遠程管路輸漿，現場注漿的方式進行。為保證注漿效果，特對注漿系統進行優化設計。

注漿站現場安裝1 臺無級變速輸漿泵，型號BW850/5 雙缸，額定注漿能力1 224 m3/d，壓力10 MPa，輸漿泵連接制漿系統和輸漿管路。FZ2 鉆場安裝3 臺注漿泵，型號NBB390 和NBB260，配套有2 個攪拌池，容積10 m3。制漿完成后，輸漿泵通過輸漿管路將水泥漿送至FZ2 鉆場攪拌池，通過現場注漿泵注入孔內，根據現場注漿情況，隨時調整輸漿量。

3.3 輸漿管路設計

FZ2 鉆場遠程輸漿管路線路如圖2 所示。FZ2鉆場地面標高+61 m，FZ3 鉆場地面標高+59 m，輸漿過程中存在爬坡現象。為繞開地面建筑，輸漿線路達1 400 m，且存在存在多處拐彎。

圖2 FZ2 鉆場遠程輸漿管路設計Fig.2 Design of remote slurry pipeline in FZ2 drilling field

為確保注漿質量，工程要求水泥漿比重變化區間為1.2～1.65 t/m3。因此，遠程輸漿面臨的直接問題就是，輸漿過程中阻力較大，一旦水泥漿流速變緩，極易造成水泥掛壁，長期運行將造成管路縮徑、堵塞，嚴重時將會造成管路損壞跑漿，造成環保問題。為此，從管路材質、管徑選取、管路接口等方面進行分析。

3.3.1 管路材質

現有的管路材質主要有膠管和鋼管，兩者對比發現，膠管內壁光滑度交叉，輸漿過程中容易附著水泥，即使頻繁沖洗也會殘存水泥，為此特選用了內壁光滑度較高的鋼管。光管輸漿和沖洗過程中，通過沿線敲擊可有效降低水泥附著程度。

3.3.2 管徑選取

管徑計算公式：

式中：d 為管路內徑，m；Q 為流量，m3/s；V 為流速，m/s。

依據式（1） 可知，在不考慮壓力的情況下，同等流量時，管徑越小流速越快。為兼顧輸漿壓力和流量，考慮管路耐壓性，特選取油田常用的耐壓鋼管，規格φ73 mm×11 mm，耐壓30 MPa。

3.3.3 管路接口

先期管路連接采用焊接法蘭對接方式，經過壓水試運行，發現焊接處存在滲水現象，同時管路拐彎造成輸漿壓力較大，嚴重影響工作效率。隨后將管路接口處全部安裝快速插頭，拐彎處采用膠管連接，消除直角彎，降低輸漿阻力，經過運行未發現漏漿和堵塞現象。

4 注漿工藝

為保證注漿正常進行，在注漿系統和輸漿系統優化的基礎上，依據邢東礦井田地質條件和注漿技術要求，對注漿工藝進行優化。

工程要求注漿結束標準為流量降至35 L/min，孔口終壓達12 MPa，且穩定時間不小于30 min。為避免出現突然上壓，造成輸漿管路內水泥漿無處排放，故采用提前壓水方式，在沖洗管路的同時，確保將水泥漿全部注入鉆孔漏失位置。

經過多次嘗試，最終確定當大泵量注漿壓力達到8 MPa 并穩定時開始壓水，根據鉆孔深度計算壓水量和壓水時間，適當調整壓水時機，確保壓水量不大于孔內空間，保證水泥漿全部進入孔內，并且可以保證孔口終壓達到12 MPa。

因輸漿管路不具備埋在地下的條件，冬季存在管路上凍情況。為避免管路上凍，壓水時在清水內加入一定量的食鹽，防止內部結冰。經過實踐，食鹽濃度達到7%時，管路內部不會結冰，內部腐蝕程度也不大。

5 結 論

（1） 注漿工程自2021 年11 月開始，截至目前已注漿8 次，最長周期17 d，日注水泥可達410 t，累計注水泥近16 000 t。注漿期間注漿系統和輸漿系統運行良好，注漿工藝得到檢驗，有效保證了工程質量。

（2） 實踐表明，地面注漿時采用遠程輸漿方案是可行的。輸漿系統設計時應考慮到路線規劃、設備及管路選型，并結合工程要求進行全面論證和試驗，最終確定合理的方案，保證注漿效果，達到工程施工目的。