井下水文孔封堵及帷幕注浆技术

武 威，尹玉忠，郭明刚，白利民

井下水文孔封堵及帷幕注浆技术

武 威，尹玉忠，郭明刚，白利民

(西山煤电(集团)有限责任公司地质处，山西 太原 030053)

以镇城底矿井下水文钻孔出水为例，分析了出水事故的原因，并根据出水水压较大的情况，提出通过配重减压，在隔水层安置止水塞止水的治理方案，达到止水的目的。提出帷幕注浆的方法，封堵了导水的裂隙、构造等通道，改良隔水层性能，为今后9#煤开采创造安全水文地质条件。

钻孔;突水;封堵;注浆

1 概况

以西山煤电股份公司镇城底矿GS－13－2水文孔出水为例，镇城底矿主采煤层为 2#、3#、8#、9#(表1)。GS－13－2孔于2002年6月完工，位于矿井内+760大巷水文孔硐室中(见图1)，为井下水文钻孔，用于地质补充勘探，及水文观测。到2011年8月，硐室右帮底板出现4个出水点，出水150 m3/h左右，经几个小时后达到230 m3/h左右，水压1.3 MPa左右，并伴有浓烈的硫化氢气味，经分析确定该孔套管经10年腐蚀出现破裂，硐室受采动及地质应力影响，导致地层产生裂隙导水。因此，决定对该孔进行封堵。

表1 镇城底矿主要可采煤层特征一览表

图1 水文孔硐室剖面图及平面图

2 钻孔启封

2.1 钻孔基本情况

1)该钻孔开孔层位为8#煤，终孔层位为奥陶系上马家沟组下段，孔深80 m时进入奥灰岩。开孔孔径为d450 mm，第一套管为d377 mm无缝钢管，逐段套管孔径为 d325 mm、d273 mm、d219 mm、d168 mm，终孔孔深为380 m，孔深80 m进入奥灰岩，173.68 m以下为花管(见图2)。

2)该处底板标高为771 m(8#煤层)，奥灰静水位标高+900，带压129 m，隔水层厚度为80 m，突水系数为0.026 MPa/m，隔水层厚度为80 m。

图2 钻孔结构示意图

2.2 启 封

1)根据抽水资料预计启封后的最大出水量为300 m3/h，遂加设2台单泵能力280 m3/h排水设备，增设至3趟4英寸排水管路、1趟8英寸排水管，使排水能力达到560 m3/h，保证开孔后排水安全。

2)启封后水量增大至280 m3/h，现场检测H2S气体为0.08 ppm，遂加大通风，抛洒生石灰，开启2台水泵排水，并安排技术人员24 h监测水量变化和水文孔硐室内的H2S的浓度，因为准备充分，涌水排出正常。

3 钻孔封孔

1)探孔深。探孔达到200 m以下，即127钻头进入168 mm套管内50 m以上，为下一步下置止水塞做了准备。然后探变径深度及准确掌握168 mm套管顶端位置和273 mm套管顶端位置。

2)止水塞的制作和下放。

a)根据实际探测情况加工了长2 m，孔径190 mm止水塞，d140 mm圆钢24 m(8根)，先将圆钢下至168 mm套管内，然后在190 mm止水塞缠上膨胀胶皮下至168 mm套管顶部，深度为145 m，8月19日凌晨，第一组止水塞和圆钢顺利下到预定位置，水量由280 m3/h减小为170 m3/h。止水塞及圆钢配重共3.35 t。

b)继续加工长2 m，孔径297 mm止水塞和5根圆钢(每根长3 m，孔径200 mm)，准备第二次封堵，8月21日先下完圆钢后，在止水塞缠上膨胀胶带下至53 m被卡。经研究决定进行扫孔，另外探测325 mm顶端位置，考虑再增加一止水塞。

8月23日，用325 mm钻头下至孔口下7 m处，钻头被卡，后改用350 mm钻头进行扫孔，扫孔至7 m，仍无法下去。接着用300 mm钻头扫孔至70 m，止水塞不缠膨胀胶带下至70 m处，但缠上膨胀胶带还是下至53 m被卡，提起止水塞，膨胀胶带破损。经过认真分析考虑水压大，配重不够，止水塞尺寸可能不符要求，重新制作了长0.9 m，孔径302 mm止水塞，又增加了7根圆钢配重(孔径200 mm)，9月3日将2根止水塞和12根圆钢下至孔口下70 m处，水量稳定，约60 m3/h。4个小时后孔口无水，周边有少量水，约2 m3/h。达到设计要求，可以注浆封堵。止水塞及圆钢配重共10.59 t，两次下止水塞(见图3)和圆钢配重约重13.94 t。

图3 止水塞示意图

4 注浆工程

4.1 封孔注浆

施工队组按照设计采用注水泥及水玻璃混合浆彻底封闭，9月5日注完浆后，孔口和周边裂隙有返浆现象，用堵盘将孔口封住。9月7日打开堵盘，进行验孔，泥浆凝固效果良好，水泥浆下沉2 m，继续注浆至孔口，两次共用水泥12 t。

4.2 帷幕注浆

1)工程目的。

a)防止奥灰岩溶水通过裂隙构造等通道涌入矿井。b)加固煤层底板隔水层，改善隔水层隔水性能。c)为今后9#煤开采创造安全水文地质条件。

2)施工方案。

根据该孔附近地层构造、裂隙发育程度，结合各方意见，施工方案为：以GS－13－2号孔为中心，3 m半径内均匀布置13个帷幕注浆孔(注浆钻孔参数及位置见表2，图4)，设计孔径 d89 mm，孔距1.5 m，单孔孔深25 m，共计325 m。

表2 帷幕注浆钻孔布置参数

图4 钻孔布置图

具体施工：每孔d133 mm开孔，下d108 mm钢管3 m，然后d89 mm孔径裸孔钻进至孔深25 m处，待13个注浆孔钻探施工全部结束后，按对角孔顺序依次用4～5 MPa压力泵将425号水泥浆掺入速凝剂注入孔内，直至孔口，待注浆液不再渗漏、跑浆，且无水从孔口涌出，孔内水泥浆充分凝固(不少于24 h)后，进行下一个孔的注浆，直至注浆工程全部结束。

注浆孔口管为丝扣连接，外接4英寸法兰盘。下入孔口管后，采用水泥浆固结，为增加与孔壁摩擦力，可在管外绕8～10号铅丝。一般情况下，固结时间大于24 h。

3)施工技术要求。

a)钻孔定位放线、方位角倾角均应由技术人员依据本设计在现场确定，钻孔实际位置与倾角的更改必须经设计人员同意。

b)所有钻探工程应清水钻进，不得使用泥浆。

c)钻探过程中应对钻孔涌水量、水温等情况进行观测，并作好记录。

d)钻探结束后，应进行洗孔。

e)注浆方式为孔口封闭全段注浆。注浆压力4 ～5 MPa。

f)注浆浆液选用水泥单桨液，水灰比1∶1。

g)水泥选用425号普通硅酸盐水泥，拌浆用水对砼不具有侵蚀作用。固结孔口管时可添加5%水玻璃(42Be)。

h)注浆前根据冲洗液消耗量或压水试验确定初始注浆浓度，由稀到浓，逐步增加至设计浓度。注浆压力由低到高，进浆量控制在150 L/min以内。停注2 h须扫空重注，停止注浆后，应保持终压，关闭孔口阀。

5 结论

1)GS－13－2水文孔的封堵按照设计先探孔、扫孔，根据探测情况制定相应的止水塞，止水塞的下放对出现的每个异常情况进行了合理的分析，采取相应的技术措施，完成了GS－13－2水文孔封堵，达到预期效果。

2)水文孔的封堵是一项专业性较强而有十分艰巨的技术工作，探孔和扫孔起着重要的作用，准确地掌握孔内情况能使封堵工作达到事半功倍的作用，此必须认真进行探孔和扫孔工作。

3)高承压漏水钻孔的封堵，不仅减少了矿井的涌水量，节约排水费用，同时也减少了大量的奥灰水资源的浪费，对于缓解太原市水资源日趋紧张局面具有重要的意义。

［1］ 祁春燕，张海荣，路 云，等.封闭不良钻孔管理信息系统的设计与实现［J］.煤炭科学技术，2008，36(11)：69－71.

［2］ 李 鹏，郭冬兰，张 强.大水量高压水条件下封堵井下漏水钻孔［J］.山东煤炭科技，2010(6)：198.

Technology of Underground Hydrological Hole Plugging and Curtain Grouting

Wu Wei，Yin Yu－zhong，Guo Ming－gang，Bai Li－min

Takes underground hydrographic drilling water in Zhengchengdi coal mine as an example，analyzes the cause of the water accident，and according to the condition which effluent water pressure is larger，puts forward the treatment scheme through counterweight reduced pressure，placed the sealing plug in water－ resisting layer，achieves the purpose of sealing up.Puts forward the curtain grouting method，plug the channel of the water conduction fracture，structure and so on，improves the performance of the water－ resisting layer，creates a safe hydrogeological conditions for future the No.9 coal mining.

Drilling;Water inrush;Plugging;Grouting

TD745+.2

A

1672－0652(2012)04－0053－04

2012－01－20

武 威(1987—)，男，山西定襄人，2010年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事矿井水文地质工作(E －mail)13935197510@163.com