趙旭

【摘 要】隨著礦井生產(chǎn)地區(qū)逐步向深部延伸，礦井水害已成為威脅礦井安全生產(chǎn)的主要因素之一，井下需要施工大量的水文鉆孔以滿足防治水工作的需要。

【Abstract】With the mine production area extends to the deep gradually， mine water disaster has become one of the main factors threatening mine safety production， so a large number of drilling holes need to be constructed to meet the needs of water prevention and control.

【關(guān)鍵詞】礦井；水害；止水

【Keywords】mine； water disaster； sealing up

【中圖分類號(hào)】TD301 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）03-0172-02

1 引言

目前，井下施工鉆孔多為超前探孔，受礦山壓力、采動(dòng)破壞、地應(yīng)力等的影響，套管斷裂導(dǎo)致鉆孔跑水的問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生，套管斷裂跑水不但影響工期，且處理起來(lái)難度大、費(fèi)用高、技術(shù)復(fù)雜，給礦井生產(chǎn)帶來(lái)極大的安全隱患。辛安礦通過(guò)統(tǒng)計(jì)近幾年孔口止水套管斷裂跑水事故案例，分析總結(jié)此類問(wèn)題的共通點(diǎn)，提出了改變止水套管傳統(tǒng)連接方式的設(shè)計(jì)思路，并成功研制了新型孔口止水套管，在辛安礦井下鉆孔施工中被廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)、安全效果良好，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

2 常用孔口止水套管及存在的問(wèn)題

2.1 材質(zhì)與結(jié)構(gòu)

目前，礦井常用孔口止水套管普遍選用無(wú)縫鋼管作為主要材料，規(guī)格φ108mm×8mm，單根長(zhǎng)1.5m，采用內(nèi)嵌式絲扣連接達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。

2.2 常用孔口止水管安裝及使用方法

孔口套管采用內(nèi)嵌式絲扣連接，多根套管連接后逐一下入孔內(nèi)，最后一根套管末端焊接有法蘭盤(pán)。套管下入孔內(nèi)后，使用純水泥漿固結(jié)套管。

2.3 存在問(wèn)題

經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐及統(tǒng)計(jì)，常用孔口止水套管安裝到位后，使用1周～2個(gè)月的時(shí)間內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)斷裂跑水現(xiàn)象，斷裂位置普遍發(fā)生在淺處，距鉆場(chǎng)底板3～5m套管接口處。常見(jiàn)斷裂方式有3種：即水平斷裂式、上下離斷式、交叉錯(cuò)斷式（見(jiàn)圖1），其中前兩種最為常見(jiàn)。

3 問(wèn)題分析及解決思路

3.1 問(wèn)題分析

現(xiàn)階段，辛安礦主要生產(chǎn)地區(qū)集中在-500m水平，埋深一般在800m以上、地壓一般在20MPa以上，目標(biāo)含水層水壓一般在4MPa以上。根據(jù)礦井生產(chǎn)需要，超前鉆孔須在巷道前頭施工，由于生產(chǎn)銜接緊張，不允許等巷道圍巖穩(wěn)定后再進(jìn)行施工，設(shè)計(jì)孔數(shù)一般為3個(gè)，工期約1個(gè)月，鉆孔傾角一般40°～70°。

超前探查鉆場(chǎng)通常布置在新掘煤巷前頭后5～10m處的巷道上幫，鉆場(chǎng)施工在巷道初掘階段，圍巖不穩(wěn)定，地應(yīng)力處于重新分布階段，一般5個(gè)月后才趨于穩(wěn)定，通過(guò)后期巷道整修發(fā)現(xiàn)，圍巖破壞深度在2m左右，兩幫向巷中收斂約2m，底板向上鼓起約1m。鉆場(chǎng)底板巖層為煤，巖體松軟，應(yīng)力較小，對(duì)止水套管的應(yīng)力較小，一般第一節(jié)與第二節(jié)套管接口不會(huì)發(fā)生斷裂，斷裂位置主要發(fā)生在2～3或3～4節(jié)套管接口處。由于鉆孔傾角影響，套管斷裂深度會(huì)有一定變化。

目前礦井使用的無(wú)縫鋼管抗壓能力本身可以滿足抵抗礦山壓力的要求，主要原因是套管接口在切割加工過(guò)程中破壞了鋼管的原有結(jié)構(gòu)，使得抵抗礦山壓力的鋼管有效厚度變小，變薄后的鋼管承壓能力變小，相對(duì)礦山壓力來(lái)說(shuō)無(wú)法提供足夠的抗壓能力，從而導(dǎo)致套管拉斷或錯(cuò)斷。附常用孔口止水套管連接示意圖（見(jiàn)圖2）：

3.2 解決思路

通過(guò)調(diào)研，以下三種方法可以解決套管斷裂跑水問(wèn)題，三種方法的優(yōu)劣對(duì)比如表1所示。

以上三種方法雖然可以有效防止套管斷裂跑水，但是在鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆探設(shè)備、施工場(chǎng)所、施工難度及工期和安裝操作難易程度上較常用孔口止水套管要求更高，施工難度變大，成本也增加較多，為更好地解決以上問(wèn)題，辛安礦決定研制新型孔口止水套管。

針對(duì)煤礦井下施工特點(diǎn)，在研制前確定以下五項(xiàng)原則：①新型孔口止水套管采用的材質(zhì)須常見(jiàn)、易獲得，低成本、易加工，無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染，高強(qiáng)、耐腐蝕、耐壓性高、使用壽命長(zhǎng)。②新型孔口止水套管的安裝及使用盡量不增加難度，安裝方便易操作，不動(dòng)用電氣焊等井下不允許使用的手段和方法。③鉆孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。④單根止水套管長(zhǎng)度不增加，否則鉆場(chǎng)規(guī)格需要擴(kuò)大，土建工程難度增大。⑤與在用常用小型坑道鉆機(jī)性能相匹配。

4 新型孔口止水套管研制

4.1 材質(zhì)選擇

考慮到成本及套管可用性和安全性：材質(zhì)仍沿用傳統(tǒng)的無(wú)縫鋼管為基礎(chǔ)材料。

4.2 結(jié)構(gòu)選擇

常用止水套管絲扣在經(jīng)過(guò)加工后，鋼管變薄，有效厚度僅剩1.5mm。為抵制縱向拉伸及橫向剪切，采用增加礦井應(yīng)力集中段套管接口處有效厚度的方法來(lái)增大止水套管的抗拉及抗剪切強(qiáng)度。新型孔口止水套管分為兩段，孔口段8m采用外接箍連接，以下部分仍使用常規(guī)孔口止水套管。

5 實(shí)際應(yīng)用情況及取得的效果

① 新型孔口止水套管應(yīng)用。截至目前，新型孔口止水套管已在辛安礦多個(gè)采區(qū)，多個(gè)工作面不同埋深下使用，共施工鉆孔128個(gè)。通過(guò)實(shí)踐并統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)參數(shù)：使用新型孔口止水套管同樣下入孔內(nèi)30m止水套管與原先采用的常用孔口止水套管相比：鉆孔使用鉆機(jī)型號(hào)不變、開(kāi)孔方法不變、安全保障措施不變、孔口管下入耗時(shí)基本不變、工期不增加，操作簡(jiǎn)便、易掌握，不增加操作危險(xiǎn)系數(shù)，適用性強(qiáng)。②取得的效果。新型孔口止水套管主要使用對(duì)象為礦井超前鉆孔，自2015年辛安礦使用新型孔口止水套管后，共施工超前鉆孔128個(gè)，所有超前鉆孔均未發(fā)生套管斷裂跑水現(xiàn)象。

6 結(jié)語(yǔ)

新型孔口止水套管經(jīng)過(guò)在辛安礦的實(shí)踐應(yīng)用，驗(yàn)證了該技術(shù)對(duì)鉆孔止水套管保護(hù)的可靠性和適用性，避免套管斷裂跑水成功率100%，具有良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。