地质构造复杂区域底板注浆孔施工技术及应用

李 论

(山西岚县昌恒煤焦有限公司，山西 岚县 035200)

1 工作面地质情况

昌恒煤矿9101工作面在掘进期间揭露两条断层且落差较大，其产状分别为F297°∠60°H=7.5～10m±、F110°∠60°H=6～10m±，恰好形成地垒构造。特别是后者与机巷交角较小，机巷沿其走向掘进200m才逐渐分开，造成机巷在掘进期间留有0.5～2.0m厚不等的煤底，在断层带附近底板则留有厚达4m的构造煤。

在工作面两顺槽共施工了5个奥灰水文孔，经取芯分析得出，底板下20～30m处有两层砂岩，富水性较强，浅部出水量5～20m3/h，深部出水量20～30m3/h。奥灰层位位于底板下平均70m。该工作面属于带压开采区域，断层落差大，具有带压危险性。回采前，通过音频电透视探测得出工作面内部底板存在4处低阻异常区，其中1号异常区正好处于断层F110°∠60°H=6～10m±构造带留有底煤处(即机巷12-2钻场附近部分)，因此，为贯彻落实“有采必探、先治后采”的原则，以防可能导通底板砂岩裂隙水和奥灰水，消除水患，确保安全生产，采取钻探并进行底板注浆加固。

2 施工方法

机巷12- 2钻场附近正处于地质构造带，底煤较厚，高达4m，又属于物探异常区，决定设计7个孔，具体参数如表1。

表1 探孔具体参数

2.1 前期施工

因考虑巷道底板构造煤稳定性差，容易漏浆、跑浆，先对钻场底板进行加固，施工了 6个底板加固孔，孔深4.5～6m，以孔径为φ19mm进行注浆加固，注浆以水泥和水玻璃为材料，出现跑浆现象，说明底板加固效果不好。

本工程使用ZY- 1250型液压钻机施工大孔，开孔孔径为φ127mm，施工至15m，下入φ90mm套管，注浆固管，试压合格后变径φ58mm直至终孔。出现固管与注浆质量均不合格，达不到要求。

后经过分析，认为在施钻过程中，钻杆对煤岩层有扰动作用，致使煤岩层分界面易产生裂隙，导通水源。经过强化现场管理，合理安排工序，统筹布置作业，严格按照措施，开孔、固管、凝固、试压，对钻场附近底板裂隙发育处提前加密打小孔，注浆加固，最后施工42个长短不一的加固孔，有效地阻止了从巷道的帮部和底部跑浆的现象。

2.2 中期钻孔施工

打小钻进行加固底板起到了一定作用，但在固管完毕后需重新定位，定位不好容易造成钻杆和套管碰撞，一方面破坏固管效果，另一方面对加固的止浆垫产生二次扰动，严重影响注浆效果。

采取带管钻进，减少对底板的扰动，简化了工序，节省了时间，提高了效率，大大增加了成孔率。

2.3 后期钻孔施工

工程设备和技术参数基本不变，仍使用ZY- 1250型液压钻机。4个孔中只有31#孔按设计正常施工，26#、27#、29#孔方位、倾角不变，孔深分别调整为45.75、52.5、47.25m，取消施工28#、30#、补机12-1孔。所有孔均采用水灰比为1∶1的水泥浆固管，凝固时间72h，然后以4MP压力试压30min，合格后，变径58mm钻进，直至终孔。9101机巷12- 2钻场各探孔套管长度、钻孔参数和钻孔出水情况如表2、表3和表4所示，异常区钻孔水泥消耗如表5所示。

表2 9101机巷12- 2钻场钻探各钻孔套管长度

表3 9101机巷12- 2钻场钻探各钻孔参数

表4 9101机巷12- 2钻场物探异常区钻孔出水情况

本次钻探历时39d，共施工4个钻孔计175.5m，均采用2NBB- 4.5- 9/6- 3- 15煤矿用变量泥浆泵注入水灰比为1∶1水泥浆进行固管注浆、封孔注浆。跑浆时，采用双液浆(水玻璃和水泥浆混合液，比例(0.4～1)∶1，根据出水量大小调整配比)或掺3%速凝剂的水泥浆封堵裂隙。共使用水泥83.4t、水玻璃8.25t、速凝剂40袋，放水17 000m3。

表5 9101机巷12- 2钻场物探异常区钻孔水泥消耗统计

注：①水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，每袋50kg；②表中“其他”包括打地坪、底板加固孔注浆、钻场内外封堵裂隙注浆等。

探明12- 2钻场底板下5～10m、14～17m、22～24m和27～30m层位富水性强，其中5～10m层位钻孔最大涌水量达3.5m3/h，孔口水压小于0.1MPa；14～17m层位钻孔最大涌水量达15m3/h，孔口水压小于0.1MPa；22～24m层位钻孔最大涌水量达14m3/h，孔口水压0.4MPa；27～30m层位钻孔最大涌水量达32.3m3/h，孔口水压0.4MPa。

3 施工效果

(1)在巷道底板共施工42个加固小孔，形成了止浆垫，有效地阻止了漏浆跑浆现象，效果明显。

(2)带管钻进提高了成孔率，加快了施工进度。

(3)深浅孔结合加快了注浆效果。

4 结语

由于本次钻探地处断层带，底板破碎，裂隙发育，且富水性强，导致钻探施工时间长，效率不高，但积累了经验，为下一步工作提供了借鉴，并在11号钻场和10号钻场实践应用，取得了良好的效果，主要有如下方法。

(1)施工小钻。钻探施工地点底板留有底煤或位于断层附近，造成底板破碎，钻探施工前，必须在钻探地点施工底板加固孔，对底板进行加固；并保证钻场底板硬化厚度不低于200mm。

(2)带管钻进。底板破碎，传统下套管方式易塌孔，通过采用岩芯管配合取芯钻头钻进的方法，减小钻头对孔壁的破坏，提高钻孔质量，保证一次成孔，缩小固结套管时间，提高工作效率，加快施工进度。

(3)岩层深浅孔结合。煤层底板富水性较强，但层位不同，施工长度不同的钻孔，分层分段进行注浆，增大扩散半径。

(4)近断层走向打孔。在断层附近区域，沿着其走向施工，尽量增大钻孔和断层面的接触面积，能提高注浆效果。