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        陷落柱上部空洞骨料灌注工藝

        2014-04-16 17:31:39彭中欣冀中能源股份有限公司東龐礦地測科
        關(guān)鍵詞:探孔孔內(nèi)壓水

        彭中欣/冀中能源股份有限公司東龐礦地測科

        陷落柱上部空洞骨料灌注工藝

        彭中欣/冀中能源股份有限公司東龐礦地測科

        在2903陷落柱封堵治理過程中,為了阻止陷落柱頂部空洞繼續(xù)向上發(fā)育,為陷落柱封堵治理創(chuàng)造條件,通過優(yōu)化治理設(shè)計,制定了科學(xué)、可行的骨料灌注工藝,提前對陷落柱頂部探查孔進(jìn)行骨料灌注,確保了陷落柱封堵工程的完成,為今后陷落柱治理提供了借鑒。

        骨料;灌注;工藝

        2003年4月12日8時47分,東龐礦2903工作面,在掘進(jìn)過程中,發(fā)生了我國歷史上罕見的2#煤層陷落柱特大奧灰突水災(zāi)害,峰值突水量達(dá)70000m 3/h。突水前,陷落柱處于相對穩(wěn)定階段,塌落物、柱內(nèi)水體與柱體本身維持在一個相對平衡狀態(tài)。發(fā)生突水后,水流攜帶出大量的陷落柱內(nèi)充填物,使陷落柱腔體體積增加,腔頂失去支撐,為了維持新的平衡,在重力和水流浸泡軟化的共同作用下,陷落柱將不可避免地存在著再次發(fā)生塌落的可能性,其發(fā)育高度上限會繼續(xù)增大。

        為了阻止陷落柱頂部空洞繼續(xù)向上發(fā)育,減小空洞積水量,為陷落柱封堵治理提供前提,通過論證,對設(shè)計進(jìn)行了調(diào)整,利用陷落柱空洞探查鉆孔提前對空洞進(jìn)行骨料灌注,實現(xiàn)陷落柱上部空洞和孔隙的充填,從而在陷落柱的上端形成一個壓蓋封閉陷落柱與地表的溝通,為陷落柱內(nèi)部封堵奠定基礎(chǔ)。

        一、陷落柱頂部探查孔

        為了查清陷落柱頂部發(fā)育高度,設(shè)計在陷落柱中心位置施工一探查孔,設(shè)計孔深420m。

        該孔施工至325.41m時,泥漿消耗量突然增大,鉆機及時提鉆,改用Φ146m m巖芯管取芯鉆進(jìn),通過取芯證實:327.11~328.75m巖體破碎,有明顯水浸現(xiàn)象。

        鑒于泥漿消耗增大,為了正常鉆進(jìn),采用孔內(nèi)回填和鋸沫泥漿靜壓的方法堵漏,經(jīng)過三次的回填堵漏并下入Φ216× 3000m m木塞一支終于臨時堵住漏失,注水泥形成人工井底,并下入Φ194×8m m通天無縫鋼管0~313m。下入套管后繼續(xù)鉆進(jìn),鉆孔在336.61m見陷落柱,探孔深度為417.37m,陷落柱頂部空洞發(fā)育高度為80.76m。通過水位觀測,證實為奧灰水位。

        二、骨料灌注技術(shù)要求

        1.根據(jù)陷落柱頂部發(fā)育高度,預(yù)計需灌注骨料為2萬m3左右。

        2.骨料采用粉碎后的煤矸石、石子、細(xì)沙(河沙)等,以3-20m m的直徑為主,灌注水固比范圍為6:1~10:1。

        3.采用孔口漏斗投注骨料,水流攜帶灌注法。

        4.鉆孔達(dá)到可注骨料條件后,應(yīng)先準(zhǔn)備好捅孔條件及注骨料條件,然后進(jìn)行骨料灌注。為了加快灌注速度,前期灌注骨料的水固比為6:1,后期采用水固比10:1,或以在水中加入細(xì)砂等方法,加大浮力增加攜帶固體的能力。

        5.按定量(試注后確定)間歇法進(jìn)行灌注,每次間歇后,采用鉆具透孔或大量壓水方法,把骨料沖掃至周圍空洞之中,并預(yù)測剩余空洞大小。

        6.灌注過程中要求觀測孔口是否有溢水、冒氣等異?,F(xiàn)象,以防堵孔,每2小時要用細(xì)鋼絲繩吊重錘探測孔深一次。

        三、骨料灌注工藝流程

        將填料料斗(漏斗)連接在孔口上,其上方為一計量斗,孔口下方為送水三通。水泵選用25 m3/h的普通潛水泵向孔內(nèi)注水,水泵端水管聯(lián)接有回水管,可以調(diào)節(jié)水量大小,然后按照水固比6:1的速度向孔內(nèi)勻速注入骨料。每灌注20~30 m3或2小時用吊錘探孔一次,探查孔內(nèi)骨料位置,掌握鉆孔暢通情況。灌注過程中,若發(fā)現(xiàn)水位異常、孔口突然涌水,立即停止投入骨料,進(jìn)行探孔工作。若發(fā)現(xiàn)堵孔,首先采用NBB-250/60變量泵,接通井口向孔內(nèi)由小到大壓水,一般采用該方法基本能夠順利壓通鉆孔,壓通后采用鉆具探孔,沖掃下部骨料,恢復(fù)鉆孔與空洞正常后,繼續(xù)正常灌注。壓水無效時,利用鉆機下鉆打撈骨料,直至鉆孔暢通。

        根據(jù)骨料灌注量,定時下鉆具沖掃陷落柱內(nèi)骨料,即采用三翼鉆頭,兩側(cè)帶有噴嘴的鉆具在堆積骨料內(nèi)通過高壓水上下反復(fù)沖掃,噴射水壓力不小于鉆孔水壓力的1.5倍,約為5.3M pa,確保骨料充分?jǐn)U散到周圍空洞裂隙之中。

        灌注骨料工程延續(xù)到后期時,孔內(nèi)經(jīng)常堆積骨料,堵塞鉆孔,這個時期以壓水、沖掃孔為主。填入孔內(nèi)5~10m3就要吊錘探孔一次,時時掌握孔內(nèi)骨料的上升情況,一旦發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)有骨料,及時下鉆沖掃,當(dāng)沖掃、壓水反復(fù)數(shù)十次,骨料不再下移時,即可認(rèn)為骨料已經(jīng)填滿。

        至陷落柱頂部空洞灌滿骨料,共灌注骨料17867m3。

        四、幾點建議

        1.骨料灌注過程中,嚴(yán)格控制骨料灌注速度,定時停頓以釋放孔內(nèi)氣壓,一方面要避免由于高壓聚集空氣驟然釋放對孔壁的沖擊破壞,造成塌孔事故;同時防止孔內(nèi)大的巖塊被沖向孔外,在水壓降低回落時造成堵孔事故。

        2.每次灌注前應(yīng)先開泵壓水10m i n,在確保泵量充足,管路暢通的情況下,才能開始灌注骨料。

        3.每次發(fā)生孔口涌水時,應(yīng)立即停止灌注,待卸壓鉆孔恢復(fù)正常后,清理孔口涌出的骨料,疏通進(jìn)水管路,之后才能繼續(xù)灌注,嚴(yán)禁在涌水狀態(tài)下,將反出的骨料向孔內(nèi)充填。

        4.專人監(jiān)測孔口返水及骨料下放舒暢程度,一旦發(fā)現(xiàn)骨料下放不暢,及時停止灌注骨料,用高壓水沖孔,該種方法處理堵孔效果較好;

        彭中鑫,男,1967年1月出生,河北晉州市人,學(xué)士,高工,河北金牛能源股份有限公司東龐礦地測科。

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