平煤股份八矿二水平西大巷注浆堵水技术及启示

孟庆华

摘要:通过对平煤股份八矿二水平己组西大巷注浆堵水技术方案的探讨,提出了在施工矿井防治水工程中应注意的问题。

关键词:涌水注浆防治水

中图分类号:TD8 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0118-01

1工程概况

平煤股份八矿二水平己组西大巷3个疏放降压孔在使用过程中,出现孔口周围岩石裂隙涌水现象。为了保证井下安全生产,让寒武系灰岩疏放水能够通过孔内安装套管流出,沿铺设保温管道排到井下水仓,达到寒武系灰岩疏放水可防、可控的目的。同时避免高温寒武系灰岩疏放水在明排水沟内散热,降低巷道温度,改善井下工作面施工环境。拟对该处3个疏放降压孔进行注浆堵水治理。该孔设计深度为130m,开孔下入一级Ф108mm套管15m,套管下至L3灰岩后,固管施工至设计层位铝土,下入二级Ф89mm止水管50m,固管试压后揭露寒武系灰岩80m,终孔直径Ф63.5mm(详见《疏水降压孔钻孔结构图》)。根据已有资料实际情况为:孔深140m,开孔层位L2灰岩底板砂泥岩,开孔下入一级Ф108mm套管15m,套管下至L3灰岩后,固管施工至设计层位铝土,疏放水属于寒武系灰岩岩溶裂隙水,实测水温约52℃,水压2.8MPa,孔口安装Ф110mm阀门,钻孔结构为二级。

2涌水原因分析

根据查阅现有资料及现场情况分析,疏水降压孔孔口涌水原因有两种。

(1)由于采动应力作用,疏放孔孔口砂泥岩地层受挤压破坏产生导水裂隙。

(2)井口套管环状固管水泥被破坏,导致高压寒武系灰岩水在排水管道不能及时排放的情况下沿孔口周边岩石裂隙涌出。

3施工方案的确定

(1)油皮管止水,二级套管外注浆。施工顺序为:拆除部分排水管道、拆除孔口水泥平臺→卸掉孔口阀门→提拔原孔内Ф110mm孔口套管(若无法提拔则直接在Ф110mm孔口套管内施工)→Ф94mm钻头扩孔至孔深50米铝土泥岩层位→用Ф89mm套管下部接Ф73mm油皮管(套管外缠止水油泥=桐油+石灰+刀麻)下至孔深50m,钻孔变径处(Ф94mm～Ф75mm)→到套管外侧完全止水(套管上口不封闭)→由孔口向Ф89mm套管外侧注入水泥浆充填裂隙并固定套管→Ф75mm钻头透孔至终孔→安装井口阀门、排水管道。

(2)木塞或胶塞止水,二级套管内注浆法。如第一方案失败,即Ф89mm套管下部接Ф73mm油皮管不能在孔深50m处(Ф94mm～Ф75mm)固定止水,则继续实施第二方案。

施工顺序为:提拔全部Ф89mm套管下部接Ф73mm油皮管→用Ф89mm套管将锥型松木木塞或胶塞送至孔深55m钻孔变径处(Ф94mm～Ф75mm)→固定止水木塞到完全止水→由孔口通过Ф89mm套管泵入法注水泥浆充填裂隙并固定套管→Ф75mm钻头透孔至终孔→安装井口阀门、排水管道

(3)不止水,对口注浆法。如第二方案失败,即止水木塞或胶塞仍不能在孔深50m钻孔变径处(Ф94mm～Ф75mm)固定止水或者止水效果不理想,则继续实施第三方案。

施工顺序为:由孔口通过Ф89mm套管注入双液浆(水泥浆+水玻璃)通过控制注浆压力稍大于孔内水压,使水泥浆充填裂隙并固定套管→Ф75mm钻头透孔至终孔→安装井口阀门、排水管道。

(4)疏排水,对口反循环注浆法。如第三方案失败,即止水木塞或胶塞仍不能在孔深50m钻孔变径处(Ф94mm～Ф75mm)固定止水或者止水效果不理想,则继续实施第四方案。

施工顺序为:从钻孔侧翼埋暗管引流,降低孔内压力及涌水量→提升孔内Ф89mm套管距孔底孔深50m钻孔变径处(Ф94mm～Ф75mm)由孔口通过Ф89mm套管注入双液浆(水泥浆+水玻璃)通过控制注浆压力稍大于孔内水压,使水泥浆反循环Ф89mm套管外侧固定套管→Ф75mm钻头透孔至终孔→安装井口阀门、排水管道。

(5)特定孔段止水,止浆塞注浆法。若以上四套方案均告失败,则采用方案五。

施工顺序为:处理完孔内套管,保持孔内干净畅通→选定特殊孔段(该孔段具备层厚较大、岩石完好、较坚硬、不含水等特点,本工程L6－7灰岩具备这些特征)下止浆塞→由孔口通过钻杆注入双液浆(水泥浆+水玻璃)完全封闭钻孔50m以上孔段→疏放降压孔报废→在原钻场位置或者在报废孔位置西侧100m处重新布置钻场施工3个孔深130m的疏放降压孔。

4注浆工艺

(1)注浆系统。

(2)注浆方式。

(3)注浆材料。

(4)注浆参数。

①浆液的比重:一般讲,若注单液水泥浆,则水灰比一般控制在0.8∶1～0.6∶1之间,特殊条件下可采用添加锯末等骨料进行注浆。

②泵量与泵压:泵量是根据含水层岩溶裂隙的发育程度及泵压确定的,正常情况下,裂隙发育、泵压在3MPa以内时,采用全泵量(250L/min)大流量灌注;裂隙发育较差、泵压在3MPa以上时,采用中泵量(80～150L/min);达到终孔时用小泵量(40～80L/min),或浆液渗出钻场内地面为准。

③待注浆压力稳定后(稳定时间不少于15min),进行清水替浆,替浆后24h后泄压。

(5)注浆技术措施。

①注浆期间各工种作业人员要坚守岗位,各负其责,保证注浆各个环节正常运转。对含水层水位和涌水量要加派专人加密观测,观测结果要及时汇报。

②每孔注浆前都要观测其水量和水压,以便调整注浆参数,提高注浆效果。

③注浆过程中,记录员要严格浆液配比标准,并根据现场情况及技术人员的要求及时调整浆液的比重等参数,并认真做好记录。

④要严格注浆顺序、注浆方式、注浆结束标准。

⑤注浆过程中如发现钻孔串浆、堵塞或钻孔进浆量明显较少时,要及时查明原因。

⑥注浆结束,关闭孔口阀门卸下孔口高压胶管,注浆结束的钻孔24h内不得打开阀门。注浆结束后,要及时将管路冲洗干净,以免沉淀堵塞管路。

⑦孔口附近必须设专用直通电话,不得与其他电话串用,以便能及时与地面联系。

5几点启示

(1)井下施工因空间受限,应考虑到施工的可行性和安全性。

(2)任何工程尤其是复杂工程施工,多考虑几套施工方案是正确的,也符合科学施工的指导思想。在制定施工方案时,应充分结合工程实际情况和经验进行科学分析和筛选,按照由易到难、由简单到复杂的顺序排队实施,不能盲目。施工过程中对施工方案及时调整,既要考虑经济可行性,更要兼顾技术可行性。如本工程在第一方案失败后,如认真分析止水失败原因,则可跳过第二方案,而直接执行第三方案。本工程总工期5个月,前四套方案探索用了4个月,实际施工时间仅为1个月,造成工程成本增加,工期延长。

(3)任何工程在施工时要做到具体问题具体分析,经验可以用来借鉴,但不能仅凭经验解决施工过程中的问题。

(4)在处理复杂的工程问题时,不能单纯从简单、经济的角度出发,要抓住问题的主要方面,以解决主要矛盾为本。本工程的前四套施工方案均是以节省成本为前提制定的,最终以第五套方案获得成功,尽管增加了一定成本,但达到了施工目的,消除了矿井水的危害,也为处理类似工程难题提供了较好的借鉴经验。

参考文献

[1] 武汉地质学院,等.钻探工艺学(中册)[M].北京:地质出版社,1981.

[2] 彭振斌.注浆工程设计计算与施工[M].湖北武汉:中国地质大学出版社,1997.

[3] 王世光.钻探工程(上册)[M].北京:地质出版社,1986.

[4] 黄德发,王宗敏,杨彬.地层注浆堵水与加固施工技术[M].江苏徐州:中国矿业大学出版社,2003.