破损水文观测孔涌水封堵技术在高河矿的应用

石 强

（潞安集团高河能源有限公司，山西 长治 046000）

水文观测钻孔在矿井防治水工作中具重要作用，如其出现破碎涌水，会给矿井安全生产带来严重威胁。广大防治水专业技术人员结合矿井涌水钻孔的实际情况，对钻孔封堵进行了研究，靳子栋［1］针对峰峰矿区高水压大流量钻孔的封堵进行了研究，总结了高水压、大流量钻孔施工及封堵技术；白利明［2］提出适合井下带压水文钻孔的封堵治理方案；王卓［3］制作了出水钻孔封孔装置，利用水泥浆和骨料结合间歇注入的方式,成功封堵了该钻孔；高春芳和李冲［4］采取“三步走”的封堵方案对出水钻孔实现了封堵，封堵率达到100%。

1 涌水情况分析

1.1 概况

高河矿奥灰水文观测1#钻孔位于+450 m水平东翼进风大巷内，自2010年9月28日开始施工，于2010年10月27日竣工。钻孔孔深466.5 m；一开孔径Ф159 mm，下入Ф146 mm套管20 m；二开孔径Ф133 mm，下入Ф127 mm套管84 m，固管注水泥1.5 t；三开孔径Ф113 mm，下入Ф108 mm套管150 m，固管注水泥2.5 t；换径Ф94 mm至终孔466.5 m，为裸孔。

1.2 存在问题分析

2019年9月3日，该水文观测孔附近E1306巷段向工作面辅设回填，输送管路Ф325 mm×25 mm耐压实验时，发生纵向应力集中，微弯曲点心薄弱截面破断，应力释放径向强大的瞬间爆射力，直接巧合摧毁间距约200 mm的奥灰水文观测1#钻孔连接口，可控闸阀、三通明显向帮侧倾斜，连接口丝扣断裂，孔内水直接涌出，根据现场测量漏水量为8 m3/h，钻孔出水量为45 m3/h，水压1.6 MPa。

通过现场勘查需解决以下问题：①孔口封堵设施达到承载压力的3.5倍；②各级套管环状间隙涌漏水需彻底封堵；③封堵期间，需控制浆液向通道内扩散，最大限度地减低污染。

2 涌水封堵施工方案

奥灰水观测钻孔封堵施工顺序为：①孔口地面处理；②截取套管安装阀门；③安装孔口安全仓及注浆系统；④钻孔探查、观察孔内情况；⑤孔内下入止水器；⑥钻孔注浆；⑦孔口回填，见图1。

图1 封堵施工方案剖面

具体施工方法步骤如下：

（1）采用袖珍式高精度可视探测仪，探查钻孔内情况。

（2）围绕奥灰水文观测1#钻孔，开挖长1.2 m、宽0.9 m、高0.3 m的施工坑，查看奥灰水文观测1#钻孔涌漏水的具体状况。

（3）取下孔口阀门，将孔口打开，放水降低水压；利用割管器将孔口切取相对平面且达到封闭要求，安装阀门，孔内出水流经距孔口30 m处堵水墙（长4.5 m×高1 m×宽0.3 m），由其下方两趟4寸排水管排入东辅大巷排水沟，自流进入中央水仓，预计最大涌水量45 m3/h。

（4）安装孔口注浆系统，并测试符合注浆封孔要求。

（5）安装孔口安全仓，将安全仓安装在阀门上部，并安装进入奥灰50 m段的Φ90 mm止水器，连接止水输入管，(止水输入管为Φ10 mm钢管；Φ90 mm止水器材质为铝合金、长1.5 m、重量15 kg，抗压10 MPa），并打开阀门及安全仓，利用手动调直下管器，将连接好止水输入管的止水器下入套管内；之后关闭安全仓，使止水输入管和钻孔达到密封效果，然后进行孔内悬空止水封堵。

（6）进行止水器上部50 m段高的注浆充填，待凝固达到预期效果及侧压满足上部段的注浆要求，进行孔底上翻注浆模式。

（7）待浆液进入孔口再进行孔口高压向内压入模式。

（8）浆液饱和密实，直达孔口并符合要求，进行浆液凝固后的测试，测试压力达到水压的3倍，即9 MPa。

（9）封堵注浆结束，拆除无关设备，坑道回填。

3 注浆施工工艺

3.1 注浆流程及原则

每次注浆前需进行压水试验，在通道正常的情况下，注浆应依据，先稀后稠再稀的原则，后期采用纯水泥浆液，特殊情况下结合细微的变化调整；注浆结束4小时后进行压力测试，压力瞬间上升说明注浆成功，间隙上部没有空隙；注浆结束4小时压力测试达不到要求，进行二次补注浆。

二次补注浆工艺如下：在水泥浆中按比例加入5‰的膨胀剂，首次注浆达到6.0 MPa后凝固30 min再次注浆，如果压力瞬间达到6.0 MPa即可停止注浆，或压力缓慢上升，压力达到6.0 MPa时停止注浆；凝固60 min后再次注浆，如果压力瞬间达到6.0 MPa即可停止注浆，或压力缓慢上升，压力达到6.0 MPa时停止注浆，凝固120 min后再次注浆；若压力无法瞬间达到6.0 MPa，继续凝固120 min，再次注浆直到注浆压力能够瞬间上升至6.0 MPa。

3.2 注浆材料及方式

采用以双液浆、水泥、水玻璃或水泥添加剂混合浆，必要时实施化学浆液；采用孔口压注方式。

3.3 漏浆封堵工艺

在注浆过程中出现漏浆时，可采用间歇注浆的方式，利用浆液自身凝固对一些细小的漏浆通道进行封堵；漏浆较大时，可在水泥浆内添加0.3‰～5‰的水泥快速沉降聚凝剂，或者3‰～5‰的膨胀剂，以在短时间内封堵漏浆通道；漏浆严重无法有效封堵时，也可采用化学浆液进行封堵。

3.4 安全措施

（1）注浆过程需安排专人进行安全观察。在注浆过程中对注浆管路、注浆区顶板、底板及两帮进行观测，发现问题应及时停止注浆施工，并放浆泄压；且观察人员需与孔口注浆人员保持联系，时刻掌握注浆情况。

（2）注浆过程中需对孔口注浆管路进行固定，并且禁止人员在孔口管正对方向进行站立、走动；注浆施工过程中，注浆泵等设备的操作人员不得离开各自岗位。

（3）注浆阀门需满足注浆压力需要，使用后要进行及时清理和保养；注浆施工中注浆阀门应处于良好状态，出现损伤渗漏时禁止使用；且其密封垫也应满足相关技术要求。

4 封堵施工情况分析

通过对破损钻孔涌水情况分析，采用以上封堵技术方案对奥灰水文观测1#钻孔进行了封堵施工，自设备入场可正常运转开始，净施工工期为7天，注浆压力达到6 MPa，使用注浆水泥50.4 t。浆液凝固24h后对钻孔进行了检查，水泥浆液凝固良好，注浆阀门打开无出水现象，取得了良好的应用效果。

5 结语

水害是矿井五大灾害之一，在矿井生产过程中应将防治水工作摆在重要位置。通过分析高河矿奥灰水文观测钻孔破损问题，制定了相应的封堵施工技术方案，并确定了注浆技术工艺参数；封堵注浆后管路无出水现象，表明该封堵技术方案封堵效果良好，预防了矿井涌水事故，保证了矿井安全开采，可为同类破损钻孔涌水封堵提供参考借鉴。