新集二矿111305采空区水的注浆封堵实践

2014-12-13冯明振储诚想

江西煤炭科技 2014年4期

李磊，冯明振，储诚想

（国投新集二矿，安徽淮南 232181）

1 概述

新集二矿111305工作面为寒武系地层推覆体下开采工作面，工作面自2010年回采结束后其采空区水量受寒武系灰岩水（通过风巷4-3＃钻孔）补给，水量达到110 m3／h左右，大大增加了矿井涌水量并加重矿井排水负荷，每年仅排水费用就达到200万元，因此，需要对111305采空区出水点进行注浆堵水，由于井下施工安全威胁较大，因此需在地面施工钻孔进行注浆堵水，由于该工作面地面位置为花家湖水面，施工难度较高，为此，新集二矿与安徽煤田地质局第一勘探队合作在淮南矿区采用水上平台施工钻孔注浆堵水，同时采用主孔与分支孔相结合的方法，在111305采空区出水点附近形成盖帽，进一步封堵过水通道，减小矿井涌水量及排水费用，提高矿井排水系统安全保障能力。

2 111305工作面水文地质条件及出水经过

2.1 工作面概况

111305工作面位于新集二矿13-1煤中央采区东翼，工作面走向长478m，倾向宽90 m（中～中平距），该面北为111307采空区（2003年采完），南为13-1煤未动用区，西临03勘探线，东至13-1煤回风上山。地面对应位置为工广北面、西淝河、花家湖湖面及湖心岛。该工作面于2009年8月份始进行回采，截止至2010年4月份回采结束（见图1）。

2.2 工作面水文地质情况

1）新生界松散含水层。该区域地层厚度92.1～98.m，主要由砂层、砂质粘土及粘土层等组成，含水丰富，富水性中等～较强；但距工作面299 m 以上，且中间有寒武系地层相隔，对工作面开采无直接影响。

2）寒武系灰岩含水层。111305工作面顶板上部由寒武系地层直接覆盖，该含水层厚度230.3～265.2m，以灰岩为主，富水性不均一，浅部由于风化作用，岩体呈散体结构，富水性相对较强；浅部以下及其深部裂隙不发育，富水性相对较小。4-3＃钻孔出水分析，该区域寒武系灰岩富水性强，且水量稳定，是111305工作面直接补给水源。

图1 111305工作面平面

3）13-1煤顶板砂岩裂隙含水层。根据111305工作面风巷施工的探测防水煤柱钻孔，该区域煤系地层厚度80～106m，岩性以泥岩、花斑泥岩为主，含有部分细砂岩和砂质泥岩，富水性不均一。工作面采后直接波及到上覆的顶板砂岩含水层，13-1煤顶板砂岩水是111305工作面回采的直接充水水源。

2.3 工作面出水经过

1）风巷探测水煤柱4-3＃钻孔出水情况。2008年12月10日111305风巷在距老切眼14.5m 处的4＃探水钻场内施工了探测水煤柱4-3＃钻孔，设计方位270°，设计仰角+40°，设计孔深130m，实际孔深94m。

2008年12月28日早班4-3＃钻孔钻进至94m（其-348.6m）位置出水，初始水量50～60m3／h，后稳定在80～110m3／h左右，未见衰减趋势，水压4.2 MPa，水质类型为Cl-Na+型，水源为寒武系灰岩水。同时，地面寒武底部观测孔0706孔水位同步明显下降，形成降落漏斗。

2）工作面回采期间出水情况。2010年4月10日工作面回采至441m 处时，工作面内出水，水量达40m3／h，根据资料分析，该水源为13-1煤顶板砂岩水，但受到上覆寒武系灰岩水的补给。

3）工作面水量构成及变化情况。工作面回采结束时采空区水量稳定在160m3／h左右，主要由风巷4-3＃钻孔水及工作面收作位置出水构成，其中风巷4-3＃钻孔水量110m3／h 左右，工作面出水水量50 m3／h。注浆封堵前111305采空区水量110 m3／h，其中从机巷封闭墙流出水量20m3／h，自泄水巷封闭墙流出水量90m3／h。

3 111305采空区水注浆封堵方案

3.1 方案概述

采用水上平台施工钻孔注浆堵水，同时采用主孔与分支孔相结合的方法，在111305采空区出水点附近形成盖帽，进一步封堵过水通道。

3.2 具体方案

1）钻孔布置。首先在花家湖湖面安设钻机水上平台，平台高7.5m，在湖面施工一个主孔（垂直钻孔），终孔位置控制在111305工作面4-3＃钻孔出水位置，进行注浆堵水，先封堵主要出水点，孔深383.34m（寒武系灰岩底界之下5m）。

主孔（垂直钻孔）封闭235～240m 以下孔段，自240m再施工3个分支钻孔，进行注浆堵水，形成盖帽，进一步封堵过水通道。分支钻孔与垂直钻孔在寒武系灰岩底界面位置间距为15m 左右，均匀分布，3个孔分支孔孔深均为380m。钻孔布置方式见图2。

图2 111305采空区水注浆封堵钻孔布置平、剖面示意

2）主孔（垂直钻孔）

（1）一开孔径Φ311mm，深度0～126m，下入Φ219×10mm 套管，封闭隔离新生界松散层。

（2）二开孔径Φ190mm，深度126～369.33m，寒武系灰岩底界面之上1～2m，下入Φ168×8.94mm 石油套管，且对套管底口30m 进行封固；考虑到施工期间的复杂性及不可预见性，为确保安全施工，选用Φ146×8 mm 套管作为备用。

（3）三开孔径Φ118mm 至终孔。

3）定向分支钻孔。3个分支孔的定向钻进选用北京海蓝公司生产的有线随钻仪器、Φ121mm 无磁钻铤、1.25°～1.75°的Φ120mm 螺杆。施工先后顺序：先施工分支1＃孔并注浆，再将分支1＃孔封孔，施工分支2＃孔并注浆，再将分支2＃孔进行封孔，最后施工分支3＃孔并注浆，注浆及井下出水量均达到要求后全孔使用水泥浆封闭，全部工程结束。

（1）分支1＃孔从主孔235 m 处开始分支施工，使用1.25°和1.75°两种螺杆和Φ121mm 无磁钻铤定向施工，定向方位91°，造斜平距14.52 m，实际孔深380 m，垂深379.16m。

（2）分支2＃孔从主孔234 m 处开始分支施工，使用1.25°和1.5°两种螺杆和Φ121mm 无磁钻铤定向施工，定向方位215°，造斜平距17.15 m，实际孔深380 m，垂深378.98m。

（3）分支3＃孔从主孔233 m 处开始分支施工，使用1.25°和1.5°两种螺杆和Φ121mm 无磁钻铤定向施工，定向方位325°，造斜平距16.13 m，实际孔深380 m，垂深378.96m。

分支钻孔定向轨迹见图3。

图3 分支钻孔定向轨迹平面

4）注浆封堵设计与施工

（1）注浆帷幕。主要在寒武系灰岩底界4-3＃钻孔出水点附近进行注浆堵水，然后利用3个分支孔进一步形成帷幕（见图4）。

图4 注浆帷幕

（2）浆液选择。以单液水泥浆为主，跑浆严重时采用双液浆，或以砂子、碎石子、海带、锯末等骨料作为辅助添加剂。

（3）注浆压力。井下水压为4.2 MPa，故设计本次注浆压力小于或等于8.4 MPa（以井下水压的2倍为界线）。

（4）注浆流程。注水试验→造浆→注浆→达到终压标准→注水稳压→停止注浆清洗注浆泵、输浆管路→冲洗泵缸、并清洗搅拌机准备下次注浆。

（5）注浆配比。单液浆注浆采用P.C 32.5 新鲜复合硅酸盐水泥，水灰比一般控制在0.8∶1左右。

双液浆注浆采用P.C 42.5 新鲜复合硅酸盐水泥、水玻璃，每次双液浆注浆前要做好双液浆凝固配比试验。

（6）注浆情况。本次注浆分为主孔注浆及分支孔注浆，共计注入水泥2175t，水玻璃75t。

①主孔注浆。主孔孔深383.34m，注浆段369.33～383.34m，段长14.01 m（设计注浆段段长6.00～10.00 m），浆液选择为单液浆，注浆量1122.22m3，水灰比0.8∶1，使用P.C 32.5水泥1010t，注浆压力8.9 MPa。

②分支孔注浆。1＃分支孔孔深380m，注浆段370～380m，段长10m（设计注浆段段长6.00～10.00m），浆液选择为单液浆，注浆量444.45 m3，水灰比0.8∶1，使用P.C 32.5水泥400t，注浆压力8.5 MPa。

2＃分支孔孔深380m，注浆段370～380m，段长10m（设计注浆段段长6.00～10.00m），浆液选择为单液浆和双液浆，单液浆注浆量177.78 m3，水灰比0.8∶1，使用P.C 32.5水泥160t，双液浆注浆量144m3，水泥浆水灰比0.8∶1，使用P.C 42.5水泥80t，40Be水玻璃75t，注浆压力8.8 MPa。

3＃分支孔孔深380m，注浆段370～380m，段长10m（设计注浆段段长6.00～10.00m），浆液选择为单液浆，注浆量244.44m3，水灰比0.8∶1，使用P.C 32.5水泥220 t，注浆压力8.6 MPa。

③上部寒武系灰岩堵漏注浆情况。上部寒武系灰岩堵漏工作主要在主孔段和分支1＃孔，主孔段堵漏使用水泥180t，水泥浆200m3，分支1＃孔堵漏使用水泥130t，水泥浆144m3，合计堵漏用水泥310t，水泥浆344m3。