井下水文观测钻孔套管错断治理研究

冯冲

【摘要】孟津煤矿东翼回风大巷水文观测孔长期担任检测井下的水文情况，由于附近巷道底鼓变形，导致帮部及附近水沟有出水现象，通过探查分析，是地压因素导致水文孔套管断裂所致，对矿井安全生产造成很大隐患，通过下设三级套管，侧壁注浆，分级逐步升压等手段，固管堵漏全部完成，且效果良好，并最终将钻孔进行封堵，消除了威胁。

【关键词】错断治理 侧壁注浆 分级升压

煤矿水害问题复杂、多发，水害对我国煤矿安全生产有巨大威胁，往往会造成巨大的损失。孟津煤矿水文地质条件复杂，主要含水层为奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层、太原组灰岩岩溶裂隙承压含水层、山西组砂岩孔隙裂隙承压含水层等，尤其是奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层，对矿井的安全生产造成了巨大的威胁，本文以孟津煤矿东翼回风大巷2#水文孔治理为例，阐述了该类钻孔的治理方法和应用。

一、概况

（一）水文地质情况

孟津煤矿属水文地质条件复杂矿井，依据岩性及含水性，自下而上分为：奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层、太原组灰岩岩溶裂隙含水层、二叠系碎屑岩类孔隙裂隙含水层和第四系松散砂砾（卵）石沉积物孔隙含水层。从矿井建井及相邻矿井生产情况看，顶板砂岩涌水量很小，主要以滴水或淋水形式向矿井充水，太原组砂岩、灰岩出露及补给条件差，厚度小，岩溶裂隙不发育，含水性弱，以静储量为主，易于疏干，防治工作易于进行。奥陶系灰岩厚度大，出露及补给条件好，但岩溶裂隙与富水性具有显著的不均一性，而且，随着埋深增大，富水性越来越差；局部富水区岩溶裂隙及断层可能构成导水通道，引起矿井突水，由于奥灰富水性极不均一，加之煤层底板隐伏断层发育，因此，奥灰水防治工作工程量较大，难度较高。目前，奥灰水防治中主要问题是：①矿井主采煤层距二1煤垂距平均60m，水压在5.6MPa，且富水不均，富水区域查找困难，给防治水工作带来难度；②底板隐伏导水通道查找困难。2013年4月16日11011工作面回采过程中发生突水，最大涌水量达到1990 m3/h，补给水源即为底板奥灰水。

（二）钻孔概况及分析

该水文钻孔倾角90°，终孔孔深344.07米。两级套管结构，一级Ф127套管长度43m，二级Ф108套管长度91m，进入奥灰上界面以下3m，进入奥陶系灰岩后孔内总涌水量约11.2m3/h，水温40℃，最终稳定水压5.4Mpa。由于附近巷道底鼓变形，该水文孔附近水沟、回风巷底板、东瓦斯泵站回风联巷坡段多处出现漏水，通过探查分析，是地压因素导致水文孔套管断裂所致，对矿井安全生产造成很大隐患，为保证矿井安全生产，需对该漏水水文孔进行治理。

二、准备方案

（1）错口位置探查。经初步分析判断，是地压因素导致水文孔一级套管垂深2-8m范围内错开，为准确判断错开位置及程度，进行第一阶段处理工作，查找错断位置。

（2）下设三级套管。在原水文孔二级套管结构基础上，下三级套管（Ф89mm*4.5mm），设计套管长度60m。

（3）固管保护装置。三级管固管为了防止套管由于注浆压力过大将其顶出，必须安装固管保护装

置，保证套管固管完成。

（4）注浆堵漏、封孔。三级套管下设完毕后，开始注浆，直至将套管固定、回风巷底板漏水位置全部封堵完成，施工结束后，对该钻孔进行注浆封孔。

三、钻孔治理

（一）探查施工

（1）先对该钻孔错口位置探查，首先准备15米1寸钢管，然后深入钻孔进行错断探查，将错断长度位置记录详细。探查后发现错断位置位于孔口以下2米左右，且垂直错断大，水平错断小，经计算垂直错断约5-10mm，水平错断约4-8mm，继续向下探查未再发现有错断。

（2）探查到错断位置后，开始下Φ89mm套管，下至2米处卡住，不能继续施工，这也验证了该位置钻孔确实有错断。

（二）套管施工

因Φ89mm套管无法下设，后改为Φ73mm三级套管，设计深度64.5米，下设三级管目的是利用增加一级套管对原套管错断处及漏水进行处理，由于钻孔为垂直钻孔，为防止套管掉入钻孔内，下三级套管时首先每节套管尾部安装带法兰的套管短接，再用2个U型卡首、尾部固定，最后用链钳卡紧，下放套管，最终下设成功。

（三）固管施工

（1）三级管下设完成后，注浆堵漏前，必须将三级管固管完成，但由于该三级管固管条件比较苛刻（注浆压力比自带水压只能大0.1-0.5Mpa），因此加工了一个专用的固管保护装置保护套管因注浆压力过大脱出钻孔。该固管保护装置采用两级固定装置，先将固管保护装置安设在套管上，再将该装置固定在底板上，使用地錨进行固定，通过加装固管保护装置有效解决了注浆压力不好控制，导致套管脱出事故。

（2）固管保护装置安装完成后开始对该钻孔进行注浆固管，注浆采用井下注浆泵间歇性注浆，从原孔壁二级套管侧面压力表位置开始注，水灰比（1：0.5），注浆初始压力5～6Mpa，初始注浆时，发现在水文孔附近5米位置底板跑浆比较严重，而后决定加入骨料（海带、锯末等）对跑浆先进行封堵，且注浆时间改为2分钟，中间停止10分钟，注骨料比例水泥：锯末：海带=1：0.02：0.05，开始骨料经裂隙流出比较多，经过5天的注浆，骨料基本不再流失，直到注浆结束，底板跑浆被彻底治住，期间共注浆60余次，注浆6t，海带0.1t，锯末0.3t。

（3）凝固2天后开始继续采用井下间歇性注浆，间歇时间1小时，并逐渐调整浆液浓度（1：0.5→1：0.75→1：1）直至压力稳定在6～7Mpa，打开孔口高压闸阀，待凝固48小时后，再次补注浆（水灰比1：0.5），注浆压力6～7Mpa，注浆一直持续10天最终完成，从侧壁无法进行注浆，说明套管断裂位置附近裂隙及二级套管与三级套管之间孔隙已注浆封填结实，期间注浆20余次，共注水泥5.2t。

注浆期间安排专人观测回风联巷坡段漏水位置，出现渗浆后，停止注浆，待凝固48小时后，再次补注浆（水灰比1：0.5），反复进行，直到坡段处再没有出现跑浆和渗浆现象，注浆结束后帮部附近的水沟渗水也被治理完成。

（四）封孔施工

漏水治理完成后，对该水文孔进行透孔，透孔期间未见水，用井下注浆泵进行注浆封孔，注浆4.25t，封孔压力15Mpa，封孔成功。