井下突水钻孔分段注浆堵水技术研究

摘 要：针对HF-13钻孔突水量大、水压大问题，为了确保巷道围岩稳定并实现快速对突水钻孔封堵，根据突水钻孔涌水水源及隔水层位置，采用分段注浆方式对突水钻孔进行封堵。采用大孔径钢管代替钻杆降低止水塞下放过程中水压、水流影响，并为钢管与钻孔围岩间注浆提供良好条件;待对钻孔周边导水裂隙封堵完成后，采用水泥浆对钢管内部进行封堵。详细对分段注浆施工方案以及施工技术进行阐述。通过分段注浆后有效封堵钻孔突水，周边锚网索涌水量降低至0.3m3/h以内，现场应用效果显著。

关键词：突水钻孔;注浆封堵;止水塞;水泥浆

施工探放水钻孔是煤矿水害防治中常规技术手段，但由于钻孔施工前未能充分掌握水文地质条件或者钻孔施工方案设计不全面，导致部分钻孔施工过程中出现突水[1]。现阶段关于突出钻孔治理技术手段包括有在突水钻孔附近施工挡水墙并在挡水墙后进行注浆封堵;在突水钻孔周边进行注浆封堵突水钻孔;在突水钻孔内直接塞入止水塞。上述3中止水技术有其各自特点及适应范围。文中就以某矿井下布置的HF-13钻孔突水治理为工程背景，采用分段注浆封堵方式成功对钻孔突水进行封堵，现场应用取得显著效果。

1 工程概况

1.1 钻孔结构

布置的HF-13按照60°仰角、90°方位角施工，孔深为63m，采用型号ZDY-4000S钻机施工，配套采用的泥浆泵型号为BW-320/60，采用φ63.5mm钻杆钻进。钻孔开孔位置孔径为172mm、钻进深度为6m时放入规格为168mm×6mm×5000mm孔口管，采用水泥浆固管。后期打压试验（试验压力5MPa）合格后，采用直径133mm钻头钻进到20.5m，并下方规格127mm×8mm×20m孔口管。同样采用水泥浆进行固管，经打压试验（试验压力6.5MPa）合格后，采用直径91mm钻头钻进到63m。具体钻孔结构见表1。

1.2 钻孔突水概况

突水的HF-13钻孔位于5109综采工作面回风巷280m位置，设计的该钻孔主要用以5号煤层顶板砂砾岩含水层疏排工作。该钻孔于2019年8月施工完毕，之后一直关闭钻孔孔口阀门测量顶板含水层水压，测定孔口水压为3.7MPa。钻孔周边锚网索有轻微淋水现象，淋水量在1～2m3/h。在HF-13钻孔周边施工绕道过程中，周边锚网索淋水量突然增加至10～15m3/h，为了避免顶板淋水给巷道围岩支护结构造成的影响，决定打开HF-13阀门进行疏排水，疏排过程中钻孔涌水量约为56m3/h，顶板锚网索涌水量降低至2～5m3/h。但是钻孔大量涌水会给采面正常生产带来不利影响，急需在确保巷道围岩稳定的前提下对钻孔突水进行封堵。

2 突水钻孔注浆封堵方案

2.1 钻孔充水条件分析

根据钻孔施工参数并结合已有的水文地质资料，确定的HF-13钻孔揭露的岩层岩性见图1。

在钻孔施工过程中钻进垂深在0～17.3m时仅有少量裂隙水涌出，钻孔钻进垂深在24.2m以上时开始进入到顶板砾岩含水层。因此认为钻孔出水水源主要为顶板砾岩含水层。

2.2 分段注浆封堵技术方案

经过对钻孔突水水文地质条件以及矿井现有设备条件分析，决定采用孔内分段注浆封堵方式对钻孔突水进行封堵，主要步骤为：①对突水钻孔内的出水点进行分段分割，将钻孔内导水通道分割成两个部分，其中上部分为出水段（含水层段）、下部分为导水段（隔水层段）。通过对比分析，分段点取值钻孔垂高24.2位置，该位置为钻孔钻进时開始出水位置。在对钻孔出水点进行分割时应考虑上覆岩层含水层高压水对顶板破坏影响。因此，在钻孔内采用的封孔器上布置钢管（φ63.5mm×8.0m）进行排水卸压;②采用封孔器对钻孔上端封堵后，对钻孔下段（隔水层段）进行注浆，从而封堵下段岩层内的导水裂隙。在注浆过程中对巷道围岩裂隙发育位置同样进行注浆加固，确保巷道围岩稳定;③下段注浆完毕后，对钻孔上段进行高压注浆。

3 现场施工布置

3.1 封孔器下放

根据设计的突水钻孔分段注浆堵水方案，在现场施工时应充分考虑钻孔涌水量大（60m3/h）、顶板含水层水压大（3.6MPa）对钻孔封堵器下放带来的影响，当封孔器下放困难时采用钢管下放封孔管。采用的钢管与钻机钻杆外形、长度一致，钢管规格（直径×壁厚×长度）为63.5mm×8mm×1500mm，为便于钢管连接，将钢管两端进行车丝。通过钻机将封孔器通过钢管下放至设计封孔位置，由于钢管内径较大，从而降低封孔器下放难度。

3.2 分段注浆

分段注浆是通过布置在钢管底部的橡胶环实现。在井下注浆时先采用单体支柱及木垛加固注浆孔附近围岩，采用钻机将带有橡胶的泄压管送入到钻孔中，当橡胶环下放到到28m位置时（此时垂高为24.2m），开始对钢管与孔壁间进行注浆。在注浆时选用水泥--水玻璃双液浆，水灰比0.9：1，注浆压力控制在4MPa左右，具体注浆时浆液扩散路径见图2所示。在注浆过程中下段钻孔共注入约22.6m3水泥--水玻璃双液浆，注浆压力最大增加至6MPa，在注浆过程中钢管内径以及巷道顶板均为有出浆现象，钻孔周边锚网索涌水注浆降低至0.8m3/h以内，表明钻孔下端岩层内的导水裂隙注浆被注浆浆液充填。

待注浆完成48h后，开始对钢管内部进行注浆，注浆初期浆液水灰比为1.5：1，随着注浆时间增加以及注浆压力提升将注浆浆液水灰比逐渐提升至0.8：1，注浆结束时注浆压力增加至6MPa，在此阶段共注入25m3水泥浆。

钢管内注浆完成36h后，开启注浆阀门，此时钢管内部完全被水泥浆液充填，钻孔周边锚网索涌水注浆降低至0.3 m3/h以内，注浆钻孔周边围岩有明显的变形或者破坏，通过分段注浆完成对突水钻孔的有效封堵。

4 总结

①根据钻孔钻进位置水文地质资料，钻孔突水水源主要为顶板覆岩砾岩含水层，并以该砾岩含水层与下部砂岩隔水层为边界，采用分段注浆方式对该突水钻孔进行封堵。首先采用水泥--水玻璃双液浆对钻孔围岩中导水裂隙进行封堵，后采用水泥单液浆封堵导水钻孔，从而实现钻孔有效封堵目的;②针对中水压过大、水流过大导致止水塞下放困难问题，采用大内径钢管代替传统的钻杆下放止浆塞，钢管内部可用以排水卸压，钢管外部通过橡胶橡胶环将水进行封堵，从而为后续的注浆提供便利条件。钢管外部注浆完毕后，可实现对钻孔围岩导水裂隙的封堵，并实现钢管与钻孔围岩有效耦合;③采用水泥单液浆对钢管内部进行注浆，从而实现对突水钻孔的有效封堵。采用的分段注浆技术无需施工额外的注浆钻孔，具有施工效率高、封堵快等优点。

参考文献：

[1]刘松.定向分支钻孔在特大动水注浆堵水工程中的应用[J].内蒙古煤炭经济，2018（18）：20-21.

作者简介：

曹丽晓（1987- ），男，山西省长子县人，2015年1月毕业于太原理工大学，采矿工程专业，本科，现为工程师。