孤島工作面底板注漿加固管控技術實踐

王啟軍

（義煤集團新義礦業有限公司，河南 新安 471821）

新義井田位于新安煤田傾伏向斜北翼的深部，區外淺部毗鄰新安煤礦，東部毗鄰義安煤礦，井田面積約42.7km2。礦井直接充水水源為頂板山西組砂巖裂隙含水層和底板太原組灰巖巖溶承壓含水層，兩含水層富水性弱，對礦井安全生產影響不大；間接充水水源為奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓含水層，總厚度273m，距離二1煤層底板44.30～79.68m，平均58m，為弱-中等富水性的含水層，具有分布不均勻、巖溶發育不穩定等特點，目前開采-305m水平以淺底板承受水壓3.2～4.2MPa，對礦井安全生產有一定威脅，是礦井防治水工作的重點。

1 工作面概況

12030工作面位于新義井田12采區中部，北部為井田邊界保護煤柱，南部為-305m水平西翼回風大巷保護煤柱，東西兩側分別為已回采12020工作面和12040工作面。12030工作面軌道順槽和皮帶順槽均為沿空送巷。12020工作面和12040工作面僅對瞬變電磁物探異常區進行了底板注漿加固，注漿效果影響范圍較小，且受兩側工作面采動壓力的影響，12030孤島工作面兩順槽底板均受到不同程度的破壞，給工作面底板注漿加固帶來了一定的難度。

12030工作面設計傾向長為861.2.3～925.7m，走向長為158.1m，工作面標高為-295.3～ -213.1m，地面標高+355.2～ +399.8m。工作面煤層直接頂為砂質泥巖，基本頂為中粒砂巖，直接底板為細砂巖，基本底為硅質泥巖。12030工作面地層柱狀圖如下圖1。

2 底板注漿加固鉆孔設計

根據鄰近工作面底板注漿改造的經驗及有關要求，漿液擴散半徑約30m，為了有效地改造煤層底板，保證工作面全覆蓋注漿加固效果，各鉆孔落底平面間距確定為52m，鉆場布置原則上鉆場與鉆場間距120m，如遇底煤厚的地方進行適當調整。鉆孔布置在平面上采用放射狀展布，以斜孔為主，在剖面上長短結合，使鉆孔揭露的含水層段盡量長。鉆孔盡量與斷層、裂隙垂直或斜交，穿過多個含水層（鉆場之間的鉆孔盡量進行交叉布孔，以達到揭露的裂隙最多，避免出現注漿空檔）。終孔點輻射奧灰含水層，空間上把煤層底板注漿改造成箱形隔水單元，隔斷工作面深部與外圍導水構造之間的水力聯系。整體設計平面圖如下圖2。

圖1 12030工作面地層柱狀圖

圖2 12030工作面底板注漿加固設計平面圖

3 鉆孔結構

鉆孔開孔采用直徑Ф133mm鉆頭，鉆進21.4m后,下Ф127mm一級套管20.9m（遇破碎帶、煤層等可適當延長套管長度，以下至完整巖層為準），換直徑Ф113mm鉆進，下Ф108mm二級套管，二級孔深為計劃下入二級套管長度加0.5m，二級套管長度一般由煤層底板巖石穩定程度和鉆孔俯角、水壓大小及鉆孔與巷道相對位置關系這四大因素確定，具體按照1MPa×4m計算，但套管最短不少于30.4m（遇破碎帶、煤層、與巷道夾角小時等可適當延長套管長度，已下至完整巖層為準），然后換Ф75mm鉆頭鉆至終孔（圖3）。

圖3 鉆孔結構示意圖

4 重點環節管控

（1）開孔

鉆場開始施工之前，測量人員與施工人員共同在鉆場內施放鉆孔方位線，地質人員與施工人員共同標定鉆孔開孔位置，鉆孔開口位置要布置合理，便于補加鉆孔。鉆孔開孔時嚴格按照鉆孔標定的方位及傾角穩固鉆機，要求方位角誤差控制在±1°范圍內，傾角誤差控制在±0.5°范圍內。

（2）下套管

① 根據設計套管長度確定開孔孔深，開孔孔深應比設計套管長度多0.5m，退鉆前使用高壓水把孔內巖粉沖凈。

② 嚴格按設計直徑及長度下入套管，并且套管的母扣與接箍公扣長度必須一致，誤差不能超過2mm，安裝時，接箍絲扣上要加棉紗、生料帶并擰緊，杜絕出現漏水現象。

③ 下套管遇阻時，禁止猛砸套管，可采用高壓水沖洗孔內巖（煤）粉或者采用比套管直徑低一級的鉆頭掃孔的辦法處理，若使用以上辦法均未成功時，可將套管拔出，再次擴孔。

④ 禁止使用鉆機強行轉動套管，防止套管折斷。下套管時必須使用管卡，防止套管掉入孔內。

⑤ 一、二級套管接口位置要錯開0.5m以上，防止套管錯斷起不到作用。

（3）掃孔試壓

① 根據施工方位及測定的套管傾角調整鉆機，對正孔位后方可掃孔，嚴禁目測后掃孔；嚴禁啟動鉆機帶動鉆桿對正方位，并在孔口加裝護壁接頭，以防打爛套管或掃偏孔。

② 掃孔鉆進超過各級套管長度1m時，進行套管耐壓試驗，壓力不小于設計壓力，穩定時間均不少于30min，試驗無漏水現象時，耐壓試驗成功。

③ 二級套管試壓時必須安裝閘閥進行試壓，防止鉆進過程中因閘閥安裝不嚴密而造成出水不可控事故。

④ 為防止鉆孔揭露含水層后，沿隱蔽斷層裂隙帶跑水或跑漿現象，鉆孔施工至揭露含水層前，可進行耐壓試驗，如壓力能夠達到設計要求，孔口周圍無異常，則繼續鉆進，否則要先進行注漿加固。

（4）注漿

采用壓入式注漿，主要含水層以上的含水層單孔出水量小于20m3/h，可采用終孔后全段一次注漿；單孔出水量超過20m3/h時，應采用分段下行式（自上而下）逐段對含水層進行注漿。注漿過程中發現進漿量大或跑漿嚴重時，可以采用間歇式注漿，盡量充填實導水裂隙。

鉆孔達到終孔起鉆前，用壓力水沖洗鉆孔不少于30min，孔內巖粉沖洗干凈返清水為止。當涌水量小于5m3/h時，可進行壓水實驗，水壓增升快或進水不暢時可采用井下注漿泵進行封孔，否則進行地面注漿。鉆孔達到終孔層位且涌水量大于5m3/h或未達到終孔但涌水量大于20m3/h時，原則上進行地面注漿。

根據整個煤田底板注漿加固經驗，單孔注漿結束標準：注漿干料/單孔涌水量≥3；注漿終孔壓力≥12PMa，穩壓時間≥30min。

（5）注漿質量驗收

單孔注漿量達到注漿結束標準，井下封孔注漿結束16h后，可進行拆封驗收。拆封需測量殘余壓力，探測空管長度，查看孔內是否滴流水以及水泥凝固狀況，確保各條件符合設計要求。

5 結語

（1）底板注漿加固鉆孔施工過程中，受臨近工作面采動后壓力的影響，底板淺層泥巖破碎，易塌孔造成一級套管下設困難，采取下設Ф146mm孔口管護壁，注漿加固淺層破碎巖層措施，可解決下套管難的問題。

（2）加強底板注漿加固鉆孔重點環節管控，嚴格按照要求施工，不僅保證了鉆孔施工安全，把住了工程質量關，同時節約了單孔鉆進的施工時間，提高了鉆孔成孔效率，整體加快了工作面全覆蓋底板注漿加固施工進度，為工作面的安全回采奠定了基礎。