陷落柱上部空洞骨料灌注工艺

彭中欣/冀中能源股份有限公司东庞矿地测科

陷落柱上部空洞骨料灌注工艺

彭中欣/冀中能源股份有限公司东庞矿地测科

在2903陷落柱封堵治理过程中，为了阻止陷落柱顶部空洞继续向上发育，为陷落柱封堵治理创造条件，通过优化治理设计，制定了科学、可行的骨料灌注工艺，提前对陷落柱顶部探查孔进行骨料灌注，确保了陷落柱封堵工程的完成，为今后陷落柱治理提供了借鉴。

骨料；灌注；工艺

2003年4月12日8时47分，东庞矿2903工作面，在掘进过程中，发生了我国历史上罕见的2#煤层陷落柱特大奥灰突水灾害，峰值突水量达70000m 3/h。突水前，陷落柱处于相对稳定阶段，塌落物、柱内水体与柱体本身维持在一个相对平衡状态。发生突水后，水流携带出大量的陷落柱内充填物，使陷落柱腔体体积增加，腔顶失去支撑，为了维持新的平衡，在重力和水流浸泡软化的共同作用下，陷落柱将不可避免地存在着再次发生塌落的可能性，其发育高度上限会继续增大。

为了阻止陷落柱顶部空洞继续向上发育，减小空洞积水量，为陷落柱封堵治理提供前提，通过论证，对设计进行了调整，利用陷落柱空洞探查钻孔提前对空洞进行骨料灌注，实现陷落柱上部空洞和孔隙的充填，从而在陷落柱的上端形成一个压盖封闭陷落柱与地表的沟通，为陷落柱内部封堵奠定基础。

一、陷落柱顶部探查孔

为了查清陷落柱顶部发育高度，设计在陷落柱中心位置施工一探查孔，设计孔深420m。

该孔施工至325.41m时，泥浆消耗量突然增大，钻机及时提钻，改用Φ146m m岩芯管取芯钻进，通过取芯证实：327.11～328.75m岩体破碎，有明显水浸现象。

鉴于泥浆消耗增大，为了正常钻进，采用孔内回填和锯沫泥浆静压的方法堵漏，经过三次的回填堵漏并下入Φ216× 3000m m木塞一支终于临时堵住漏失，注水泥形成人工井底，并下入Φ194×8m m通天无缝钢管0～313m。下入套管后继续钻进，钻孔在336.61m见陷落柱，探孔深度为417.37m，陷落柱顶部空洞发育高度为80.76m。通过水位观测，证实为奥灰水位。

二、骨料灌注技术要求

1.根据陷落柱顶部发育高度，预计需灌注骨料为2万m3左右。

2.骨料采用粉碎后的煤矸石、石子、细沙（河沙）等，以3-20m m的直径为主，灌注水固比范围为6:1～10:1。

3.采用孔口漏斗投注骨料，水流携带灌注法。

4.钻孔达到可注骨料条件后,应先准备好捅孔条件及注骨料条件，然后进行骨料灌注。为了加快灌注速度，前期灌注骨料的水固比为6:1，后期采用水固比10:1，或以在水中加入细砂等方法，加大浮力增加携带固体的能力。

5.按定量（试注后确定）间歇法进行灌注，每次间歇后，采用钻具透孔或大量压水方法，把骨料冲扫至周围空洞之中，并预测剩余空洞大小。

6.灌注过程中要求观测孔口是否有溢水、冒气等异常现象，以防堵孔，每2小时要用细钢丝绳吊重锤探测孔深一次。

三、骨料灌注工艺流程

将填料料斗（漏斗）连接在孔口上，其上方为一计量斗，孔口下方为送水三通。水泵选用25 m3/h的普通潜水泵向孔内注水，水泵端水管联接有回水管，可以调节水量大小，然后按照水固比6：1的速度向孔内匀速注入骨料。每灌注20～30 m3或2小时用吊锤探孔一次，探查孔内骨料位置，掌握钻孔畅通情况。灌注过程中，若发现水位异常、孔口突然涌水，立即停止投入骨料，进行探孔工作。若发现堵孔，首先采用NBB-250/60变量泵，接通井口向孔内由小到大压水，一般采用该方法基本能够顺利压通钻孔，压通后采用钻具探孔，冲扫下部骨料，恢复钻孔与空洞正常后，继续正常灌注。压水无效时，利用钻机下钻打捞骨料，直至钻孔畅通。

根据骨料灌注量，定时下钻具冲扫陷落柱内骨料，即采用三翼钻头，两侧带有喷嘴的钻具在堆积骨料内通过高压水上下反复冲扫，喷射水压力不小于钻孔水压力的1.5倍，约为5.3M pa，确保骨料充分扩散到周围空洞裂隙之中。

灌注骨料工程延续到后期时，孔内经常堆积骨料，堵塞钻孔，这个时期以压水、冲扫孔为主。填入孔内5～10m3就要吊锤探孔一次，时时掌握孔内骨料的上升情况，一旦发现钻孔内有骨料，及时下钻冲扫，当冲扫、压水反复数十次，骨料不再下移时，即可认为骨料已经填满。

至陷落柱顶部空洞灌满骨料，共灌注骨料17867m3。

四、几点建议

1.骨料灌注过程中，严格控制骨料灌注速度，定时停顿以释放孔内气压，一方面要避免由于高压聚集空气骤然释放对孔壁的冲击破坏，造成塌孔事故；同时防止孔内大的岩块被冲向孔外，在水压降低回落时造成堵孔事故。

2.每次灌注前应先开泵压水10m i n，在确保泵量充足，管路畅通的情况下，才能开始灌注骨料。

3.每次发生孔口涌水时，应立即停止灌注，待卸压钻孔恢复正常后，清理孔口涌出的骨料，疏通进水管路，之后才能继续灌注，严禁在涌水状态下，将反出的骨料向孔内充填。

4.专人监测孔口返水及骨料下放舒畅程度，一旦发现骨料下放不畅，及时停止灌注骨料，用高压水冲孔，该种方法处理堵孔效果较好；

彭中鑫，男，1967年1月出生，河北晋州市人，学士，高工，河北金牛能源股份有限公司东庞矿地测科。