井下水文觀測鉆孔套管錯斷治理研究

馮沖

【摘要】孟津煤礦東翼回風大巷水文觀測孔長期擔任檢測井下的水文情況，由于附近巷道底鼓變形，導致幫部及附近水溝有出水現象，通過探查分析，是地壓因素導致水文孔套管斷裂所致，對礦井安全生產造成很大隱患，通過下設三級套管，側壁注漿，分級逐步升壓等手段，固管堵漏全部完成，且效果良好，并最終將鉆孔進行封堵，消除了威脅。

【關鍵詞】錯斷治理 側壁注漿 分級升壓

煤礦水害問題復雜、多發，水害對我國煤礦安全生產有巨大威脅，往往會造成巨大的損失。孟津煤礦水文地質條件復雜，主要含水層為奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓含水層、太原組灰巖巖溶裂隙承壓含水層、山西組砂巖孔隙裂隙承壓含水層等，尤其是奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓含水層，對礦井的安全生產造成了巨大的威脅，本文以孟津煤礦東翼回風大巷2#水文孔治理為例，闡述了該類鉆孔的治理方法和應用。

一、概況

（一）水文地質情況

孟津煤礦屬水文地質條件復雜礦井，依據巖性及含水性，自下而上分為：奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓含水層、太原組灰巖巖溶裂隙含水層、二疊系碎屑巖類孔隙裂隙含水層和第四系松散砂礫（卵）石沉積物孔隙含水層。從礦井建井及相鄰礦井生產情況看，頂板砂巖涌水量很小，主要以滴水或淋水形式向礦井充水，太原組砂巖、灰巖出露及補給條件差，厚度小，巖溶裂隙不發育，含水性弱，以靜儲量為主，易于疏干，防治工作易于進行。奧陶系灰巖厚度大，出露及補給條件好，但巖溶裂隙與富水性具有顯著的不均一性，而且，隨著埋深增大，富水性越來越差；局部富水區巖溶裂隙及斷層可能構成導水通道，引起礦井突水，由于奧灰富水性極不均一，加之煤層底板隱伏斷層發育，因此，奧灰水防治工作工程量較大，難度較高。目前，奧灰水防治中主要問題是：①礦井主采煤層距二1煤垂距平均60m，水壓在5.6MPa，且富水不均，富水區域查找困難，給防治水工作帶來難度；②底板隱伏導水通道查找困難。2013年4月16日11011工作面回采過程中發生突水，最大涌水量達到1990 m3/h，補給水源即為底板奧灰水。

（二）鉆孔概況及分析

該水文鉆孔傾角90°，終孔孔深344.07米。兩級套管結構，一級Ф127套管長度43m，二級Ф108套管長度91m，進入奧灰上界面以下3m，進入奧陶系灰巖后孔內總涌水量約11.2m3/h，水溫40℃，最終穩定水壓5.4Mpa。由于附近巷道底鼓變形，該水文孔附近水溝、回風巷底板、東瓦斯泵站回風聯巷坡段多處出現漏水，通過探查分析，是地壓因素導致水文孔套管斷裂所致，對礦井安全生產造成很大隱患，為保證礦井安全生產，需對該漏水水文孔進行治理。

二、準備方案

（1）錯口位置探查。經初步分析判斷，是地壓因素導致水文孔一級套管垂深2-8m范圍內錯開，為準確判斷錯開位置及程度，進行第一階段處理工作，查找錯斷位置。

（2）下設三級套管。在原水文孔二級套管結構基礎上，下三級套管（Ф89mm*4.5mm），設計套管長度60m。

（3）固管保護裝置。三級管固管為了防止套管由于注漿壓力過大將其頂出，必須安裝固管保護裝

置，保證套管固管完成。

（4）注漿堵漏、封孔。三級套管下設完畢后，開始注漿，直至將套管固定、回風巷底板漏水位置全部封堵完成，施工結束后，對該鉆孔進行注漿封孔。

三、鉆孔治理

（一）探查施工

（1）先對該鉆孔錯口位置探查，首先準備15米1寸鋼管，然后深入鉆孔進行錯斷探查，將錯斷長度位置記錄詳細。探查后發現錯斷位置位于孔口以下2米左右，且垂直錯斷大，水平錯斷小，經計算垂直錯斷約5-10mm，水平錯斷約4-8mm，繼續向下探查未再發現有錯斷。

（2）探查到錯斷位置后，開始下Φ89mm套管，下至2米處卡住，不能繼續施工，這也驗證了該位置鉆孔確實有錯斷。

（二）套管施工

因Φ89mm套管無法下設，后改為Φ73mm三級套管，設計深度64.5米，下設三級管目的是利用增加一級套管對原套管錯斷處及漏水進行處理，由于鉆孔為垂直鉆孔，為防止套管掉入鉆孔內，下三級套管時首先每節套管尾部安裝帶法蘭的套管短接，再用2個U型卡首、尾部固定，最后用鏈鉗卡緊，下放套管，最終下設成功。

（三）固管施工

（1）三級管下設完成后，注漿堵漏前，必須將三級管固管完成，但由于該三級管固管條件比較苛刻（注漿壓力比自帶水壓只能大0.1-0.5Mpa），因此加工了一個專用的固管保護裝置保護套管因注漿壓力過大脫出鉆孔。該固管保護裝置采用兩級固定裝置，先將固管保護裝置安設在套管上，再將該裝置固定在底板上，使用地錨進行固定，通過加裝固管保護裝置有效解決了注漿壓力不好控制，導致套管脫出事故。

（2）固管保護裝置安裝完成后開始對該鉆孔進行注漿固管，注漿采用井下注漿泵間歇性注漿，從原孔壁二級套管側面壓力表位置開始注，水灰比（1：0.5），注漿初始壓力5～6Mpa，初始注漿時，發現在水文孔附近5米位置底板跑漿比較嚴重，而后決定加入骨料（海帶、鋸末等）對跑漿先進行封堵，且注漿時間改為2分鐘，中間停止10分鐘，注骨料比例水泥：鋸末：海帶=1：0.02：0.05，開始骨料經裂隙流出比較多，經過5天的注漿，骨料基本不再流失，直到注漿結束，底板跑漿被徹底治住，期間共注漿60余次，注漿6t，海帶0.1t，鋸末0.3t。

（3）凝固2天后開始繼續采用井下間歇性注漿，間歇時間1小時，并逐漸調整漿液濃度（1：0.5→1：0.75→1：1）直至壓力穩定在6～7Mpa，打開孔口高壓閘閥，待凝固48小時后，再次補注漿（水灰比1：0.5），注漿壓力6～7Mpa，注漿一直持續10天最終完成，從側壁無法進行注漿，說明套管斷裂位置附近裂隙及二級套管與三級套管之間孔隙已注漿封填結實，期間注漿20余次，共注水泥5.2t。

注漿期間安排專人觀測回風聯巷坡段漏水位置，出現滲漿后，停止注漿，待凝固48小時后，再次補注漿（水灰比1：0.5），反復進行，直到坡段處再沒有出現跑漿和滲漿現象，注漿結束后幫部附近的水溝滲水也被治理完成。

（四）封孔施工

漏水治理完成后，對該水文孔進行透孔，透孔期間未見水，用井下注漿泵進行注漿封孔，注漿4.25t，封孔壓力15Mpa，封孔成功。