快速封堵巷道顶板高压大流量集中涌水的井下骨料添加工艺

潘东懿

(山东省煤田地质局第三勘探队，山东 泰安 271000)

快速封堵巷道顶板高压大流量集中涌水的井下骨料添加工艺

潘东懿

(山东省煤田地质局第三勘探队，山东 泰安 271000)

为解决注浆封堵巷道顶板高压大流量集中涌水时注入的浆液被涌水冲散流失的问题，提出了利用井下钻孔在涌水裂隙内添加骨料阻水的工艺。井下钻孔内注入骨料要使用骨料添加器，利用注水方式把骨料推送到涌水裂隙中去。以某矿FL8-1处的巷道顶板涌水堵漏为例，对井下钻孔骨料添加工艺技术要求进行了较为全面的介绍。指出注浆连通试验是判断钻孔内是否具备注入骨料的重要手段，当试验时钻孔内注入的水泥浆在极短时间内全部跑出时，说明导水通道宽大、直短，适合注入骨料，注入时要采用粗细结合的方式进行；相反，与涌水点连通性差的钻孔内则不具备注入骨料的条件。

巷道涌水；高压大流量；注浆堵漏；骨料添加；连通试验

0 前言

地下水是影响煤矿开采和运营安全的主要自然灾害之一。注浆是治理煤矿地下涌突水的最有效手段之一。在如何封堵煤矿突然涌水技术方面，很多专家进行了研究[1-10]，提出了充填骨料阻水等技术措施[1-5]。因骨料可以在较大裂隙内留存，堵塞导水通道，减缓水流，给随后注入的浆液的留存和固结创造条件。因受地下水水压的影响，井下钻孔内注入骨料难度较大，必须研究使用特殊的骨料添加工艺。

2007年2月新汶矿业集团龙固煤矿辅二运输大巷穿过三灰含水层时，揭露FL8-1断层后，在顶板形成流量为85m3/h的集中涌水。2007年4月～11月期间有关单位对该涌水封堵多次，因地质和封堵方法原因最终失败。2009年3月，山东省煤田地质局第三勘探队采用了井下钻孔骨料添加工艺，结合注浆，成功封堵了该涌水。

1 井下钻孔骨料添加工艺

骨料添加装置需安装在井下钻孔安全阀门外端，其结构由端盖、骨料仓、注水管a、注水管b、高压闸阀3和注水三通等组成，如图1所示。其现场安装及工艺操作步骤如下：

(1)注浆钻孔揭露导水裂隙后，按照顺序分别在孔口安全高压闸阀外端依次连接注水三通，注水管b，高压闸阀3，骨料仓，端盖和注水管a等。

A改进型 B常规型图1 井下钻孔注入骨料工艺原理Figure 1 Underground borehole aggregate injection technological principle

(2)关闭孔口安全高压阀门、注水管b、注水管a和高压闸阀3。打开端盖后，向骨料仓内添加软骨料。填满后，旋上端盖密封骨料仓。分别打开孔口安全高压闸阀、高压闸阀3和注水管a，通过注水管a向骨料仓内注水，用水推动骨料向钻孔套管内运移。

(3)骨料仓内骨料全部被水冲出后，关闭高压闸阀3、注水管a，打开注水管b,通过注水管b继续向钻孔套管内注水，把钻孔套管内的骨料全部推入到导水裂隙内。同时打开端盖，向骨料仓内填骨料。

(4)骨料仓填满后，关闭注浆管b和端盖，打开高压闸阀3，打开注浆管a注水。重复(3)～(4)步骤直到导水裂隙内填满骨料，达到阻水效果后为止。

本工艺(图1A)与以往骨料添加工艺(图1B)相比有了较大改进，主要有以下2点：

(1)施工效率提高一倍。以往骨料添加工艺是只有等骨料仓内填满骨料后方能通过注水管a注水；在向钻孔内注水时难以同时实现向骨料仓内添加骨料。该工艺 解决了以往骨料添加工艺中骨料仓内骨料添加和钻孔内注水不能同步进行的不足，提高施工效率100%。

(2)安全上更有保障。改进后增加了高压闸阀3和注水管b，规避了孔口安全高压阀门损坏泄漏后，高压水直接进入骨料仓，通过敞开的端盖处对添加骨料人员造成伤害的安全风险。当孔口安全高压阀门出现泄漏后，既可通过关闭高压闸阀3阻止孔内高压水进入骨料仓，还可通过打开注浆管b进行泄水。

2 骨料添加工艺的现场应用

2.1 巷道集中涌水顶板水文地质概况

某矿FL8-1处的巷道顶板涌水水源为三灰含水层。三灰厚8～10m，发育有网状裂隙，水压3.0MPa，三灰水通过裂隙和断层涌入巷道。涌水集中且量大、水温高达49℃。经对涌水区域顶板灰岩进行瞬变电磁探测，显示灰岩内有两个比较大的集中富水区，通过注浆试验和连通试验表明，集中富水区与导水断层联系密切，导水通道短，涌水集中，流速快，是造成前期注浆堵水失败的主要原因。

2.2 注浆堵水钻孔布置及注浆情况

根据巷道顶板涌水区域水文地质条件及井下施工环境，分别在3号硐室和4号硐室内共施工了10个钻孔。其中5个钻孔直接揭露集中富水区，为注浆堵水关键钻孔(图2)。

以4-6孔为例介绍关键孔注浆情况。该孔涌水深度52m，初始水量60 m3/h，水压2.4MPa。水泥单液注浆中观测到巷道顶板集中涌水点15min后跑浆严重。后注入C-S双液浆，因双液配比调节不当造成堵孔。复钻到65～69m处水量增为110 m3/h左右，水压2.0MPa。钻孔放水试验时，巷道顶板集中涌水点水量略有减少。后用单液水泥浆做连通实验，巷道冒顶区集中涌水点30min跑浆严重，其它钻孔内无串浆现象。随后在该孔内持续注海带901kg，锯末251kg。涌水量由110m3/h减为2m3/h，说明海带阻堵水效果明显，最终注入密度较高的单液水泥浆对充水裂隙进行了充填加固，使用双液浆封闭钻孔，达到该孔注浆设计目的。

2.3 井下钻孔骨料添加工艺技术要求

(1)骨料尺寸要求。海带丝要求有粗细两种，分别为宽度0.5～1.0cm、长度10cm的条状或1～3mm宽、5cm左右长的丝状。锯末粒径不大于2mm。

(2)骨料添加顺序。本着由细-粗-细的原则注入。先注入锯末，发现锯末从涌水点跑出时，改注海带丝，海带丝要粗细结合。两者掺杂体积比为3∶1。涌水点处有细海带丝或粉碎状海带出现时，说明效果较好，可持续按照原配比注入。涌水点有减弱现象时，改注细海带丝和锯末，二者掺合比例为1∶2～1∶3。

图2 某矿辅二运输大巷顶板集中涌水区堵水钻孔布置Figure 2 Water plugging boreholes layout in a coalmine main haulage roadway auxiliary No.2 roof concentrated water gushing area

(3)骨料添加中堵孔及处理。要均匀适量加入骨料，否则堵孔。注水泵压力表的示数升高时说明已堵孔，可增大泵量或加压冲孔，否则要下钻透孔。为提高效率，可用密度为1.3～1.4 g/cm3的水泥浆携带骨料。

(4)注骨料后的注浆操作。注入骨料后，要及时用水泥浆补强。补强选用42.5R的复合硅酸盐水泥，水泥浆液密度控制在1.5～1.70g/cm3。注浆结束后，使用C-S双液浆封闭钻孔。

(5)复钻检查或补注浆。注浆候凝结束的钻孔要复钻到原孔涌水部位，观察是否涌水。若涌水，再次注浆；不涌水，则进行注水试验检验是否达到钻孔注浆结束标准。

2.4 是否具备注入骨料的判据

注浆连通试验是判断钻孔内是否具备注入骨料的重要手段。当试验时钻孔内注入的水泥浆在极短时间内全部跑出时，说明导水通道宽大直短，适合注入骨料。相反，与涌水点连通性差的钻孔内不具备注骨料的条件。

3 结语

(1)钻孔内是否具备注骨料条件，要根据钻孔注浆和连通试验结果判断。

(2)骨料只起阻水作用，单液浆用于地层加固，双液浆用于堵水。三者只有有机结合，才能达到长期彻底封堵突水的效果。

(3)井下钻孔骨料的添加工艺非常复杂，应根据具体情况研究实施。

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Underground Aggregate Adding Technology in Roadway Roof High Pressure Large Flow Concentrated Water Gushing Quick Plugging

Pan Dongyi

(The Third Exploration Team, Shandong Bureau of Coal Geological Exploration, Taian, Shandong 271000)

To deal with the issue of roadway roof high pressure and large flow concentrated water gushing grouting plugging, cement slurry is dispersed by gushing water deactivated and run off, a plugging technology of aggregate adding through underground borehole into water gushing fracture put forward. To inject the aggregate into borehole the aggregate adder should be used, through water injection propelling aggregate into water gushing fractures. Taking the FL8-1 roadway roof water gushing plugging in a coalmine as example, carried out a rather overall introduction to underground aggregate adding technology requirements. Pointed out that the grouting connection test is an important means to judge if the borehole can inject aggregate properly, when the injected cement slurry completely run out, indicated that the water channel is wide, straight and short, thus suitable for aggregate injection; the injection should carry out through the way of thick and thin particles mingled. On the contrary, in the boreholes have poor relation with water gushing point, thus not have the condition to inject aggregate.

roadway water gushing; high pressure and large flow; grouting plugging; aggregate adding; connection test

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.07.12

1674-1803(2017)07-0052-03

潘东懿(1969.7—)，男，山东临清人，钻探工程师，长期从事现场钻探施工中安全及技术管理工作。

2017-02-22

责任编辑：樊小舟

文献标识码：A