復雜地質構造老空積水區域探放技術的研究與應用

王志遠 肖壘壘 梁化磊 河南能源焦煤集團有限公司趙固二礦

一、礦井概況

焦作煤業（集團）有限責任公司趙固二礦井田位于焦作煤田東部，太行山南麓，行政隸屬新鄉市所轄輝縣市，其地理坐標為東經113（37（40′′～113（48（00′′，北緯35（22（00′′～35（26（30′′。

二、11012 工作面概況

11012 工作面位于一盤區西部，為已回采結束的11011 工作面底分層工作面，設計標高-593m～-656.2m。工作面范圍由4 個拐點坐標圈定，面積約86450m2，拐點坐標見表1。該工作面西南側為14011 工作面采空區和14011 工作面里段，北側為東軌道大巷，南側為F18 斷層防隔水煤柱，東北側為11030 工作面采空區。

三、11012 工作面探放老空水方案及評價

11012 工作面為11011 工作面下分層工作面，該工作面采用內錯式布置，與11011上、下順槽相距5m，11012 上順槽距11030工作面下順槽17m。巷道沿人工假頂掘進。根據11012 工作面設計方案計算，預計在11012 上順槽掘進至通尺527m 為11030 工作面老空積水區警戒線，為保證巷道掘進安全，要求在掘進過程中對其進行探測，進一步探清老空積水區情況，并根據水量、水壓有控制地將水放出。

四、鉆孔布置

在11012 工作面上順槽通尺527m 進行首輪探放水工程，經評價合格掘進98m 后（通尺625m），施工第二輪探放水鉆孔，評價合格后掘進至通尺685m 處施工第三輪鉆孔。累計施工三輪鉆孔，保留超前距離30m。

每一輪按照鉆孔編號施工，參數見下表，每輪鉆孔開工前由地測科根據鉆場標高重新校核鉆孔參數。鉆孔在放水后進行一次透孔，如孔內不再出水，經測斜后，施工下一個鉆孔，本輪孔均無水流出，且透孔后仍無水，則視為合格，允許掘進。

鉆孔進入采空區后，若均無出水，地測科將根據鉆孔實際情況增補鉆孔直至有水放出，并經過疏放、透孔水量不大于3m3/h，視為合格，對所有無水鉆孔進行封孔密實后，方可掘進。巷道掘進至積水區最低點可結束探放水工程。

五、施工工藝

（一）下設套管及注漿固管

（1）鉆孔鉆進過設計套管長度0.5m～2m，首先進行沖孔，將孔內煤（巖）粉沖洗干凈，然后開始下φ108mm 一級套管。為保障套管能下到設計長度，要在第一根套管前端開口并鑲嵌合金，用鉆機旋轉方式向孔內下套管（遇有鉆孔塌孔卡鉆時，不得強行扭動套管）。套管下到設計深度后，向管內壓入清水，沖洗套管的外壁與孔壁間煤（巖）粉，以提高固管質量。固管前在套管和孔壁間塞入麻絲，以減少跑漿、漏漿。注漿固管采用水泥、玻璃水混合的雙液漿，其質量比為10：1，玻璃水濃度為38～40°Bé。漿液從套管內壓入，待套管與孔壁間流出濃稠漿液后，停止注漿。凝固8h 后，掃孔至過套管實際下設深度0.3～0.5m，向套管內壓入清水進行耐壓試驗。試驗壓力不低于1MPa，穩壓達到30min，套管不活動，孔壁及鉆孔周圍不漏水、不滲水，即為試壓合格。否則，應進行補漿。補漿采用單液水泥漿，水灰質量比為1：0.3，漿液不宜濃稠。補漿至孔內不進漿時，停止注漿。凝固24h 后，掃孔、試壓。如此反復，直至套管試壓合格，方可繼續鉆進。

（2）套管試壓時，必須安裝至少兩塊壓力表，兩塊壓力表的差值不得超過1MPa。

（二）鉆孔封孔要求

（1）鉆孔無水后，對其實施全孔封堵。

（2）封孔選用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，封孔壓力為1MPa。

（3）封孔注漿前，首先向孔內下設φ50mm 聚氯乙烯管，下設長度至鉆孔揭露11030 工作面下順槽之前；然后，在孔口安裝自加工雙口悶蓋。雙口悶蓋上一個為進漿口，連接孔內的φ50mm 聚氯乙烯管；另一個為放漿口。封孔時，首先從套管上預留的進漿口向孔內壓入水灰質量比1：1.48 的單液水泥漿，待雙口悶蓋進漿口流出濃稠漿液后，停止壓漿，關閉套管上的進漿口閥門；然后，將注漿軟管連接到雙口悶蓋進漿口閥門上，打開雙口悶蓋進漿口閥門，再次壓漿，壓力達到1MPa 后，關閉雙口悶蓋進漿口閥門；待水泥初步沉淀后，打開雙口悶蓋上放漿口閥門進行放水、放漿，待孔內水泥沉淀后的水放凈后，再次通過雙口悶蓋進漿口閥門壓漿至1MPa 以確保孔內水泥充填密實、鉆孔封堵嚴密。

六、創新點

1.優化鉆孔設計，對地質構造老空積水區域進行分段疏放，鉆孔成孔后必須進行測斜，確保探放位置，保證安全疏放。

2.根據鉆孔平、剖面圖及11030 工作面老空區實際情況，調整施工工藝，由水力排渣改為風力排渣，加大鉆孔揭露老空區成孔率，大大降低埋鉆事故發生。

3.在鉆孔距離11030 工作面下順槽老巷10m 時，放緩鉆進速度，并安排專人，加強對孔口瓦斯濃度的監測工作，大大預防有害氣體傷人事件。

4.優化封孔工藝，向孔內下設φ50mm聚氯乙烯管，前端纏麻繩下設長度至鉆孔實際揭露11030 工作面下順槽0～3m 范圍內，使用自行加工的雙口悶蓋向孔內壓入水灰質量比1：1.48 的單液水泥漿，待雙口悶蓋進漿口流出濃稠漿液后，再次壓漿，壓力達到1MPa 后，關閉雙口悶蓋進漿口閥門，確保孔內水泥充填密實、鉆孔封堵嚴密。

七、適用范圍和條件

該施工技術方案可用于探放老空水及地質復雜區域鉆孔施工，由水利排渣更換為風力排渣，大大降低了對鉆孔圍巖的擾動，降低鉆孔塌孔效率，為成孔提供良好條件，同時，針對鉆孔實際揭露老空區情況，下設φ50mm 聚氯乙烯管，前端進行纏麻，有效解決漿液凝固速度及強度，為封孔、密實作出應有貢獻。