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巷道揭露破損水文鉆孔的注漿堵水治理實(shí)踐

作時(shí)間:2019-07-11  來源:潞安集團(tuán)高河能源有限公司  作者:石 強(qiáng)
   
摘 要:高河礦 E1315 進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)過程中揭露 2001 水文鉆孔,該鉆孔處于帶壓范圍,導(dǎo)通了頂板各砂巖含水層和奧灰水,且位于巷道正中間,給生產(chǎn)和安全都造成影響。 通過在水文鉆孔周邊施工注漿鉆孔封堵頂、底板裂隙,并配合水文鉆孔封堵,達(dá)到治理水文鉆孔突水的目的。
礦井突水是煤礦五大災(zāi)害之一,嚴(yán)重影響著礦井職工的生命安全。 礦井未封堵的水文鉆孔由于管壁腐蝕、 構(gòu)造應(yīng)力破壞以及礦山壓力等因素影響,水文鉆孔易出現(xiàn)破損突水,給礦井安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅 [ 1-2 ] 。 武威 [ 3 ] 等人通過帷幕注漿封堵了導(dǎo)水裂隙等通道,改良隔水層性能;王書榮 [ 4 ] 等人應(yīng)用止水塞先止水再注漿封堵的技術(shù),順利完成了水文觀測(cè)孔的注漿封堵工作,為止水塞的應(yīng)用及出水鉆孔的治理提供了科學(xué)方法。 本文通過在破裂出水水文鉆孔周邊施工注漿鉆孔, 對(duì)頂?shù)装辶严哆M(jìn)行封堵,對(duì)水文鉆孔進(jìn)行封堵,達(dá)到防止水文鉆孔滯后突水的目的,可為今后水文鉆孔的治理提供參考。
1 工程概況
高河礦主采 3 # 煤層, 煤層平均厚 7 m , 傾角1°~7° ,煤層夾矸為炭質(zhì)泥巖,煤層結(jié)構(gòu)為 5.50( 0.35 ) 1.15 ,煤層頂?shù)装鍘r性見圖 1 。 部分區(qū)域直接頂 K 8 砂巖、 K 8 上砂巖、 3 # 煤層頂板砂巖和 K 7 砂巖含水層中等富水, E 1315 進(jìn)風(fēng)順槽沿 3 # 煤層底板掘進(jìn), 掘進(jìn)過程中將穿一段單斜構(gòu)造和 F E 1 逆斷層,進(jìn)入南漳正斷層 F 3 影響區(qū)。 經(jīng)地面瞬變電磁和三維地震探測(cè), 該巷道掘進(jìn)過程中將出現(xiàn)頂板砂巖淋、滴水。
E 1315 進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)至 1 號(hào)橫貫前 287 m 處時(shí), 窩頭揭露 2001 水文鉆孔, 該鉆孔套管直徑為Φ 127 mm ×8 mm 。 經(jīng)觀測(cè),在距頂板 1.2~1.5 m處,套管接箍處縫隙向外涌水,水量約 2.0 m 3 / h 。 經(jīng)地謘hou柿戲治觶米昕卓贍芪碧狡詡涫┕さ陌祿宜墓鄄飪祝ǹ咨?700 m 左右,終孔層位為奧陶系石灰?guī)r)。該巷道揭露鉆孔處屬帶壓范圍,水壓約 2 MPa ,預(yù)煤層頂?shù)装鍘r層性計(jì)涌水量 120 m 3 / h 。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)揭露情況分析,該水文孔導(dǎo)通了頂板各砂巖含水層和奧灰水,且位于巷道正中間,給生產(chǎn)和安全造成影響。 需對(duì)該孔進(jìn)行注漿封孔,以避免發(fā)生突水事故。
2 注漿堵水鉆孔設(shè)計(jì)
為了防止 2001 水文鉆孔破損導(dǎo)通頂板含水層和奧灰水,發(fā)生滯后突水事故,需盡快對(duì)該孔煤層頂板、底板分別進(jìn)行注漿封堵。
2.1 鉆場(chǎng)準(zhǔn)備
加強(qiáng)鉆場(chǎng)附近的巷道支護(hù),鉆孔周邊頂幫部位錨網(wǎng)支護(hù)裱褙密實(shí),杜絕幫頂虛空;清理巷道,挖好排水溝,鉆場(chǎng)位于巷道低洼處時(shí),配備適應(yīng)的排水設(shè)備;鉆孔底板處挖設(shè)長( 1.5 m ) × 寬( 1.5 m ) × 深( 0.5 m )施工坑;鉆孔兩側(cè) 2.5 m 范圍的路面用水泥硬化;鉆探處徹底清除浮矸、雜物。
2.2 鉆孔參數(shù)
2001 水文鉆孔周圍在巷道頂、 底板施工鉆孔,與水文鉆孔一并形成巷道頂、 底板注漿堵水鉆孔。底板初步設(shè)計(jì) 6 個(gè)鉆孔、 頂板初步設(shè)計(jì) 4 個(gè)鉆孔,鉆孔深度 30 m ,孔口 10 m 擴(kuò)孔安裝套管固定。 鉆孔參數(shù)見表 1 。
巷道頂、低板鉆孔參數(shù)
2.3 鉆孔施工工藝
( 1 )水文鉆孔處理施工: ① 在揭露的 2001 水文鉆孔套管上中下三段分別安裝一套專用管卡,上面的管卡用于施工頂板注漿孔,下面的管卡用于施工底板注漿孔, 中間的管卡用于施工頂?shù)装甯綦x孔;② 管卡一側(cè)安裝配套的專用高壓閘閥,閘閥外連接防噴安全倉,安全倉底部開一泄壓孔,泄壓孔口安裝高壓球閥, 以利于壓力過高時(shí)進(jìn)行泄壓分流,防止發(fā)生次生事故; ③ 將打孔專用鉆頭和鉆桿連接置于安全倉內(nèi),將鉆桿專用密封裝置密封好后,打開泄壓閘閥,在套管上進(jìn)行打孔; ④ 利用手持式液壓鉆機(jī)和專用鉆頭,在管卡處分別施工一個(gè)鉆孔,上、下兩個(gè)鉆孔分別作為頂、底板的注漿孔,中間鉆孔采用自制研發(fā)的專用密封隔離塞將 2001 套管上下隔離開,以便于頂?shù)、板注漿時(shí)互不串漿; ⑤ 注漿孔打好后,將上、下兩個(gè)鉆孔安全倉的泄壓閥打開,確保安全后,將安全倉卸下,安裝孔口法蘭、注漿裝置,連接注漿管,準(zhǔn)備注漿。
( 2 )頂、底板鉆孔施工:開孔孔徑為 Φ 94 mm ,鉆進(jìn) 10 m 后下 Φ 89 mm 套管作孔口管, 對(duì)套管進(jìn)行固管加固,安裝孔口控水閥門和電接點(diǎn)壓力表,做耐壓試驗(yàn)。孔口壓力要大于 3 MPa ,穩(wěn)壓時(shí)間要超過 30 min ,試驗(yàn)周邊無卸漏,壓力穩(wěn)定,無底鼓、無片幫、套管無位移。 檢測(cè)合格后方可換徑 Φ 75 mm 鉆至終孔(據(jù)實(shí)際施工情況定)。
( 3 )注漿鉆孔的固定及處理: ① 通過專用注漿卡管器向鉆孔內(nèi)進(jìn)行注漿加固; ② 對(duì) 2001 水文鉆孔頂、底板套管處進(jìn)行固定; ③ 固定完成后將套管裸露巷道頂、底板部分分別截?cái)啵?④ 施工完成后將底板施工坑填平、上部套管管口封堵。
3 注漿施工設(shè)計(jì)
3.1 注漿設(shè)備
利用 2001 水文鉆孔附近 E 1315 運(yùn)輸順槽作為井下臨時(shí)注漿站。 注漿設(shè)備采用 BW -250/7 型泥漿泵,注漿泵后放置攪拌一體機(jī),靠近攪拌一體機(jī)后巷幫作為儲(chǔ)灰場(chǎng)。 整個(gè)場(chǎng)地頂幫錨網(wǎng)支護(hù)完整。
3.2 注漿壓力
根據(jù) 2001 水文鉆孔涌水壓力為 2.0 MPa ,注漿壓力要大于水壓的 1.5 倍,即注漿終壓要大于 3 MPa ;條件許可時(shí),可適當(dāng)提高注漿壓力。
3.3 注漿材料
( 1 )采用 42.5 R 普通硅酸鹽早強(qiáng)水泥,質(zhì)量符合guojia GB 175-92 標(biāo)準(zhǔn), 不得使用受潮結(jié)塊的水泥或過期的水泥。
( 2 )根據(jù)注漿需要,適當(dāng)添加水泥快速融合劑、水泥膨脹劑、沉降劑等,注漿量過大時(shí),添加適量的骨料。
( 3 )造漿用水水質(zhì)須滿足guojia混凝土拌合用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),其 SO 4-2 含量應(yīng) <1 % , PH 應(yīng) >4 。
3.4 注漿工藝
( 1 )注漿系統(tǒng):利用井下注漿場(chǎng)地進(jìn)行造漿,通過注漿管向鉆孔內(nèi)壓注水泥漿液或混合漿液。
( 2 )注漿方式:正常采用連續(xù)性注漿;如周圍巷道或鉆孔出現(xiàn)異常情況,可采用間歇注漿,并及時(shí)匯報(bào)。
( 3 )注漿原則: 在通道正常的情況下,注漿原則,應(yīng)先稀后稠,再稀,特殊情況結(jié)合實(shí)約hou⒔榭觶≡窬齠ń合肝⒌謀浠髡?注漿必須嚴(yán)格結(jié)合鉆孔的實(shí)際條件進(jìn)行漿液配比,禁止盲目配比漿液比重;如需注化學(xué)漿液,必須做注前化學(xué)漿液流距測(cè)試,并掌控化學(xué)漿液的性能,否則禁止盲目注漿。
4 注漿堵水施工情況
本次 2001 水文鉆孔注漿堵水施工, 總計(jì)注漿水泥量為 42.5 t ,注漿壓力為 7 MPa ,凝固 48 h 后對(duì)注漿鉆孔進(jìn)行了檢查,水泥漿凝固。 注漿閥門打開后無出水,自注漿孔眼向下 21.8 m 段為空,向上3 m 為空。 確定現(xiàn)場(chǎng)安全后,按制定的割管安全技術(shù)措施進(jìn)行割管作業(yè),并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)頂、底板套管進(jìn)行了加固。 后期觀察該水文鉆孔未出現(xiàn)突水現(xiàn)象,加固見圖 2 。
( a )頂板頂、底板套管加固
5 結(jié)語
高河礦 E 1315 進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)過程中揭露 2001水文鉆孔,該鉆孔破損,且處于帶壓范圍,導(dǎo)通了頂板各砂巖含水層和奧灰水。 在該水文鉆孔周邊施工注漿鉆孔封堵頂、底板裂隙,并配合水文鉆孔封堵防止水文鉆孔滯后突水。 總計(jì)注漿水泥量為 42.5 t ,注漿壓力 7 MPa , 凝固 48 h 后對(duì)注漿鉆孔進(jìn)行了檢查,水泥漿凝固,注漿閥門打開后無出水,現(xiàn)場(chǎng)確定安全后,對(duì)套管進(jìn)行割管并加固,后期觀察該水文鉆孔未發(fā)生突水現(xiàn)象。
 
 
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