楊 旭 東

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

0 引言

紅慶梁井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市達(dá)拉特旗境內(nèi)，井田在達(dá)拉特旗政府所在地的西南方向，相距約65 km。井田為一較規(guī)則的矩形。據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示主斜井1 434.534 m～1 530.598 m處，將遇到沿主井方向長度約96.04 m左右的富水礫巖層，巖性主要為灰白色礫巖，礫石粒徑1 cm～15 cm，為中、粗砂及泥質(zhì)充填，巖芯破碎，裂隙發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)，易產(chǎn)生坍塌、掉塊，在井筒施工時(shí)應(yīng)注意巖石崩落現(xiàn)象的發(fā)生。巖石飽和抗壓強(qiáng)度平均5.99 MPa，軟化系數(shù)小于0.18。根據(jù)檢6號(hào)鉆孔抽水孔資料，含水層厚度14.87 m，水位埋深126.28 m，據(jù)主井地勘報(bào)告顯示此礫巖層層位的涌水量為7.84 m3/h，涌水量較大，副井地勘報(bào)告顯示此礫巖層含水層涌水量為127.47 m3/d(5.31 m3/h)，風(fēng)井地勘報(bào)告顯示此礫巖層含水層涌水量為142.33 m3/d(5.93 m3/h)。水量較大，施工需要采取泄水措施進(jìn)行防范。

1 泄水方案目的和任務(wù)

對(duì)礫巖含水層富水性探查，根據(jù)施工后各鉆孔的涌水量、水壓情況對(duì)礫巖含水層進(jìn)行富水條件定性認(rèn)識(shí)[1,2]。將主斜井所穿越礫巖含水層段的承壓水疏放至安全范圍內(nèi)，使主斜井掘進(jìn)工程能夠安全、高效進(jìn)行[3]。

鉆孔布置原則現(xiàn)階段以均勻布孔的方式力求疏放水鉆孔全面覆蓋工作面，探放結(jié)合、一孔多用原則：疏放水孔除了可用于判斷含水層富水性以外，還可以用作放水孔(或觀測(cè)孔)。根據(jù)本礦井實(shí)際情況，選擇通過在礫巖含水層下的3-1煤層的措施巷道中施工專門的鉆孔，并使鉆孔直接進(jìn)入礫巖含水層，利用地下水的壓力水頭，將含水層中過量的地下水通過疏放水措施有控制地疏放到措施巷道中，疏放的水再通過礦井排水系統(tǒng)排出地表，以實(shí)現(xiàn)含水層的疏水[4-6]。

井下疏放水系統(tǒng)一般由三部分構(gòu)成，主要由泄水鉆孔、鉆井硐室、引水管線(或礦井水溝)等組成。根據(jù)原疏放水經(jīng)驗(yàn)，在礫巖含水層疏放水應(yīng)采用井下群孔預(yù)疏放的方法，首先進(jìn)行先期鉆孔全面覆蓋、均勻布置，施工過程中根據(jù)鉆孔涌水情況和水壓變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，對(duì)強(qiáng)富水區(qū)段加密鉆孔，對(duì)弱富水段減少鉆孔，以期達(dá)到滿意的疏水效果，井下疏放水鉆孔布置剖面圖見圖1。

2 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井下疏水鉆孔應(yīng)盡量自煤層頂板完整段開孔。鉆孔開孔φ127 mm，煤層直接頂板砂巖、泥巖段下φ108 mm，壁厚6 mm的孔口管，按照《煤礦防治水規(guī)定》孔口管長度大于6 m。在含水層段以φ75 mm裸孔鉆進(jìn)，終孔位置為礫巖含水層頂板。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 疏放水鉆孔布置

疏放水孔分兩列布置，所用疏放水孔間巷道軸向間距按10.4 m布置，單列疏放水孔間巷道軸向間距按20.8 m布置，兩側(cè)交錯(cuò)布置，編號(hào)為1～9單數(shù)的孔位于巷道中線以北，雙數(shù)孔位于巷道中線以南。具體參數(shù)見表1。

表1 鉆孔參數(shù)表

在放水過程開始后，針對(duì)水量的觀測(cè)要求持續(xù)連續(xù)，并準(zhǔn)確記錄疏放水量的變化情況，每小時(shí)記錄一次。

4 井下疏放水孔開孔要點(diǎn)

疏放水的孔口管除具有導(dǎo)向作用以外，還具有防止煤巖壁滲水及含水層涌水帶壓潰破的屏障作用，具有極大的重要性，故對(duì)孔口管的安裝需要做到安全合理，疏放水孔口管的安裝與固定要求必須固壁牢靠。

在主斜井中選擇3-1號(hào)煤頂板堅(jiān)硬巖層的完整地段進(jìn)行開孔，開孔管徑為φ108 mm，壁厚為6 mm，內(nèi)部纏繞6號(hào)鉛絲并對(duì)局部進(jìn)行點(diǎn)焊?？卓诠艿拈L度應(yīng)隔離煤層直接頂、粉砂巖和泥巖，避免出現(xiàn)導(dǎo)水通道，其長度參見表1。

孔口管應(yīng)以絲扣連接，并使用外包麻絲固定絲扣。鉆入后孔口管外露部分長度不得大于0.5 m。鉆至設(shè)計(jì)深度后，用高壓水將孔內(nèi)沖洗干凈。接入雙液注漿泵，采用注漿的方法使孔口管(管周圍應(yīng)焊扶正肋骨片)與孔壁間充滿水泥漿或化學(xué)漿液。根據(jù)施工計(jì)算，本次使用的漿液成分采用水灰比0.75∶1的水泥漿液，并摻入5%水玻璃(42Be′)，此濃度下的漿液配比在常溫條件下凝固24 h，即可掃孔。掃孔應(yīng)在孔口管周圍水泥漿凝固后進(jìn)行，掃孔深度應(yīng)超過孔口管長度0.5 m?？卓诠芙Y(jié)構(gòu)及固管方法如圖3，圖4所示。

掃孔后必須對(duì)孔口管進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)通過方可使用，實(shí)驗(yàn)條件為：試驗(yàn)壓力6 MPa并穩(wěn)定30 min，若孔口管周圍不漏水，方可進(jìn)行鉆進(jìn)工作。

探放水工程需要收集放水時(shí)的水量、水壓等資料，應(yīng)在孔口管上安裝φ108 mm球閥，球閥應(yīng)是耐壓達(dá)6 MPa的控水閥門且質(zhì)量合格，還應(yīng)配備壓力表和流量計(jì)等孔口裝置(見圖5,圖6)?？卓谘b置要同鉆孔套管的法蘭盤用螺栓連接在一起，應(yīng)連接緊固但易于拆開，在測(cè)量過程中要密切觀察密封是否漏水，不漏水為合格。為了減小鉆探施工進(jìn)度的影響，安裝孔口閥門時(shí)需要安排在鉆進(jìn)至揭露含水層時(shí)提前5 m進(jìn)行安裝。等鉆入至含水異常體部位并發(fā)現(xiàn)管內(nèi)出水后，立即進(jìn)行水量與水壓觀測(cè)并記錄。在鉆進(jìn)施工過程中，若發(fā)現(xiàn)鉆孔中水壓、水量突然增大，應(yīng)通過減小閥門加以控制，避免出現(xiàn)涌水帶壓噴出的情況。

鉆探時(shí)，鉆孔仰角應(yīng)嚴(yán)格測(cè)量，角度誤差控制在5%以內(nèi)。為了提高鉆探效率，鉆孔采用無芯鉆進(jìn)，為保證鉆井?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)確，在鉆進(jìn)過程中應(yīng)做好鉆出巖粉的收集、判層和編錄工作，鉆進(jìn)過程中應(yīng)準(zhǔn)確判別不同煤層、巖層厚度，并對(duì)換層深度進(jìn)行記錄。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般每鉆進(jìn)10 m時(shí)，或在更換鉆進(jìn)鉆具時(shí)，測(cè)量一次鉆桿深度并核實(shí)鉆孔深度。在終孔前再復(fù)核一次，并進(jìn)行測(cè)斜測(cè)量，測(cè)斜可采用燈光測(cè)試法，要求測(cè)量準(zhǔn)確。鉆進(jìn)過程中，若發(fā)現(xiàn)煤層松軟、巖石軟弱破碎、有片幫跡象、周圍來壓或孔中的水壓、水量突然增大，以及有頂鉆等現(xiàn)象時(shí)，必須立即停止鉆孔，記錄此時(shí)鉆孔深度并將鉆桿固定牢固，同時(shí)需要立即向礦調(diào)度室匯報(bào)，按照礦應(yīng)急預(yù)案及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。鉆進(jìn)過程中若發(fā)現(xiàn)有毒有害氣體噴出時(shí)，應(yīng)立即切斷電源、停止鉆進(jìn)，將人員撤離到有新鮮風(fēng)流的地點(diǎn)并立即向礦調(diào)度室報(bào)告，根據(jù)預(yù)案采取相應(yīng)措施。

鉆孔內(nèi)水壓過大、鉆進(jìn)困難時(shí)，應(yīng)在使用反壓和防噴裝置以后重新進(jìn)行鉆進(jìn)，同時(shí)應(yīng)具有防止孔口管和煤(巖)壁突然鼓出的措施。

通過以上方案和措施，對(duì)紅慶梁煤礦主斜井礫巖層進(jìn)行了疏放水，按照設(shè)計(jì)進(jìn)行了疏放水孔的施工與布置，對(duì)水壓和水量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)語

放水開始后，對(duì)水量進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，對(duì)疏放水效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此次為初次揭露含水層，涌水量為靜儲(chǔ)量與動(dòng)儲(chǔ)量的疊加，初始水量較大，需要密切觀測(cè)水量的變化趨勢(shì)。在連續(xù)觀測(cè)72 h后發(fā)現(xiàn)52 h后水量趨勢(shì)為衰減，70 h后，水流量衰減達(dá)到80%以上，涌水量小于2 m3/h，說明此次放水較為成功。

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