陳頂峰

（北京大地高科地質(zhì)勘查有限公司，北京 100049）

1 概況

古漢山礦15041、15061 工作面西為小鳳凹斷層，斷層落差0～40m，傾角70°。該斷層在臨近老礦井吳村煤礦揭露時(shí)曾發(fā)生2400m3/h 的突水事故。根據(jù)三維地震資料及工作面周邊采掘工程揭露地質(zhì)資料顯示：該區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，施工段受小鳳凹斷層影響次生小斷層較多；15 采區(qū)三條上山揭露的斷層對(duì)巷道掘進(jìn)、鉆孔施工均影響較大；二1 煤層下部含水層水壓高、水量大，造成井下施工困難。

鑒于區(qū)域水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，以15041、15061 工作面為治理區(qū)域，擬采用地面區(qū)域超前注漿加固治理技術(shù)，重點(diǎn)查明治理區(qū)域內(nèi)二1煤層底板L8 灰?guī)r含水層的富水狀況及工作面內(nèi)構(gòu)造發(fā)育情況，通過(guò)地面水平井鉆孔注漿方式對(duì)區(qū)域二1煤層底板L8 灰?guī)r及斷層進(jìn)行超前預(yù)注漿加固，將隔水層加固，把含水層改造成隔水層，從而確保巷道掘進(jìn)和工作面回采時(shí)底板承壓水不突出[1]。

治理過(guò)程中注3 井在二開(kāi)裸孔段注漿時(shí)地面發(fā)生冒漿現(xiàn)象，給施工造成較大的困難。本文重點(diǎn)對(duì)注3 井施工、冒漿原因進(jìn)行介紹分析，并總結(jié)出二開(kāi)裸孔段施工的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

2 鉆孔施工情況

2.1 一開(kāi)鉆進(jìn)情況

注3 井一開(kāi)完鉆井深248.14m，井深215m 見(jiàn)基巖，一開(kāi)下入Φ244.5×8.94mm 套管，套管下深248.14m，進(jìn)基巖30m 左右，套管固井候凝72h 后，掃孔至出套管口0.5m，做一次套管試壓實(shí)驗(yàn)，打壓壓力6MPa，穩(wěn)壓30min，壓降0.2MPa，符合設(shè)計(jì)要求，固井質(zhì)量合格。

2.2 二開(kāi)鉆進(jìn)情況

二開(kāi)鉆進(jìn)過(guò)程中由于鉆遇了斷層，與礦方提供資料出入較大，導(dǎo)致原二開(kāi)設(shè)計(jì)的軌跡無(wú)法正常施工，并進(jìn)行了探孔施工，之后進(jìn)行了第二次二開(kāi)施工。施工情況如圖1 所示。

圖1 注3 井鉆孔剖面圖

（1）第一次二開(kāi)鉆進(jìn)。在井深453～467m 和481～492m 兩次見(jiàn)到平均厚度5m 左右的煤層，根據(jù)煤層巖屑特征和區(qū)域地層情況，確定兩次見(jiàn)到的均為二1 煤層，同礦方共同分析后確定該處存在一落差15m 左右的正斷層，與礦方提供原始資料不符。目前已進(jìn)入斷層上盤(pán)，上盤(pán)的目的層位L8 灰?guī)r要比預(yù)計(jì)的深，目前的軌跡角度不能滿足下入二開(kāi)套管的要求。為了摸清上盤(pán)L8 灰?guī)r深度，準(zhǔn)確設(shè)計(jì)二開(kāi)著陸位置，決定繼續(xù)向下鉆進(jìn)打探孔，在井深545～554m 處見(jiàn)到L8 灰?guī)r，在井深576m 處（灰?guī)r）發(fā)生漏失，漏失量61m3/h，井口失返，之后進(jìn)行調(diào)漿堵漏，并進(jìn)行下鉆封孔。

（2）第二次二開(kāi)鉆進(jìn)。從392m 開(kāi)始側(cè)鉆，在井深449m 處見(jiàn)二1 煤，在井深551m 處灰?guī)r層頂部發(fā)生漏失（平面位置已過(guò)第一次遇到的斷層5m 左右），漏失量62m3/h，原計(jì)劃進(jìn)行堵漏，繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)的二開(kāi)著陸位置后下入二開(kāi)套管。但礦方認(rèn)為鉆進(jìn)過(guò)程中遇到了斷層，從煤礦安全生產(chǎn)的角度考慮，需要對(duì)斷層進(jìn)行注漿加固。最后經(jīng)雙方協(xié)商決定在二開(kāi)裸孔情況下對(duì)灰?guī)r漏失點(diǎn)和斷層注漿加固。

3 二開(kāi)裸孔段注漿過(guò)程

3.1 制定注漿安全措施

二開(kāi)裸孔段孔深近303m，且穿過(guò)煤層，在二開(kāi)裸孔段注漿過(guò)程中易發(fā)生因注漿壓力過(guò)大導(dǎo)致孔壁壓塌甚至出現(xiàn)廢孔的事故。為了確保鉆孔的安全，本次注漿壓力原則上不大于3MPa，壓力達(dá)到3MPa且穩(wěn)定后，現(xiàn)場(chǎng)要根據(jù)設(shè)備情況分階段降低排量。排量每降低一個(gè)階段壓力達(dá)到3MPa后繼續(xù)降排量，直至排量降至30～40L/min 后壓力仍穩(wěn)定在3MPa，該斷層注漿結(jié)束，可以繼續(xù)鉆進(jìn)。

3.2 注漿過(guò)程

（1）第一階段：初始注漿

2019 年6 月27 日開(kāi)始注漿，使用合同中規(guī)定的常規(guī)注漿材料：水泥與黏土1:3 比例的混合漿液。注漿泵排量850L/min；注漿密度遵照先稀后稠原則，初始注漿密度度1.13～1.17，注漿過(guò)程中密度分別調(diào)整為1.17～1.20、1.27～1.30；孔口初始注漿壓力0MPa，7 月23 日孔口注漿壓力升至2.8～3.0MPa。

（2）第二階段：井下發(fā)現(xiàn)跑漿

由于注漿壓力持續(xù)在2.8～3.0MPa 波動(dòng)，沒(méi)有繼續(xù)上升趨勢(shì)，7 月25 日將注漿密度調(diào)整為1.32～1.35。注漿4h 后孔口注漿壓力降為2.2MPa，礦方通知井下巷道有輕微跑漿現(xiàn)象，采用間歇注漿，停注數(shù)小時(shí)后，井下不再跑漿后開(kāi)始連續(xù)注漿，注漿壓力穩(wěn)定在2.2MPa 左右。

（3）第三階段：間歇注漿

直至7 月28 日注漿壓力仍然在2.2MPa 左右。礦方要求進(jìn)行間歇注漿，第一次間歇注漿停注時(shí)間6h。由于注漿材料中黏土供應(yīng)不足，7 月29 日礦方通知調(diào)整注漿比例為水泥黏土1:1 的混合漿，密度1.32～1.36，排量850L/min。當(dāng)天晚上礦方要求注純水泥漿，注漿密度提升至1.45～1.50，排量530L/min，井口注漿壓力2.1MPa。第二次間歇注漿停注時(shí)間24h，第三次間歇注漿（7 月31 日、8 月1 日、8 月3 日）停注時(shí)間48h。

（4）第四階段：地面冒漿

8 月5 日注4 孔正西方向30m 農(nóng)田內(nèi)發(fā)現(xiàn)冒漿，注漿停止。經(jīng)查看，冒漿位置為兩個(gè)相鄰直徑為5cm 的孔洞，漿液從孔洞溢出，進(jìn)漿農(nóng)田面積4000m2左右。

4 冒漿原因分析

地面冒漿浪費(fèi)了注漿材料，且無(wú)法保證注漿效果，同時(shí)冒漿農(nóng)田的復(fù)耕也浪費(fèi)了大量的資金，因此必須重視冒漿問(wèn)題，認(rèn)真分析發(fā)生冒漿的原因。通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)卮迕褡咴L和進(jìn)行地層資料分析，結(jié)合注漿過(guò)程中的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致冒漿問(wèn)題的因素有以下四方面：

（1）在注漿區(qū)域附近的農(nóng)田里存在多條地裂縫，當(dāng)?shù)厝朔Q為“腰帶線”，這些地裂縫是煤礦開(kāi)采后形成的塌陷裂隙導(dǎo)通了地面。從圖2 注3 井平面位置圖可以看出，冒漿位置距離關(guān)閉的吳村煤礦采空區(qū)211m，尤其是以往礦井開(kāi)采管理不規(guī)范，不排除吳村煤礦有越采、超采的可能，實(shí)際采空區(qū)距離冒漿位置或許更近。

（2）冒漿位置距離東南部13051 采動(dòng)工作面最近距離約210m（圖2），在注3 井注漿過(guò)程中，井下13051 工作面巷道內(nèi)先發(fā)現(xiàn)了冒漿，說(shuō)明注漿裸孔段與13051 工作面之間有橫向聯(lián)通通道。工作面采動(dòng)后導(dǎo)水裂隙最大發(fā)育高度為52.68m（古漢山礦經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)），形成了一定高度的裂縫通道，降低完整基巖的厚度，增加了冒漿概率的發(fā)生。

圖2 注3 井鉆孔平面位置圖

（3）距鉆孔注漿段42m 外是小鳳凹斷層，斷層落差0～40m，斷層傾角70°。另外在鉆進(jìn)過(guò)程中遇到了落差15m 左右的新斷層，斷層的存在會(huì)對(duì)穩(wěn)定的基巖地層進(jìn)行切割破壞，降低了基巖的完整程度。

（4）間歇注漿后期采用大密度的純水泥漿，且間歇停注時(shí)間48h，基本達(dá)到了水泥的凝固時(shí)間，二開(kāi)裸孔段注漿層位逐漸上移，距離一開(kāi)套管頭越來(lái)越近，導(dǎo)致漿液進(jìn)入地表覆蓋層概率增大。

關(guān)閉礦井老采空區(qū)形成的地裂縫、工作面采動(dòng)、臨近斷層帶和間歇注漿停注時(shí)間長(zhǎng)的綜合作用，是導(dǎo)致本次冒漿的主要原因。注漿過(guò)程中漿液先填充下部的基巖裂隙和斷層帶，漿液充填層位逐漸上移，最后漿液順著地裂縫發(fā)生冒漿。

5 結(jié)語(yǔ)

按照正常的注漿加固方法在二開(kāi)裸孔段注漿時(shí)發(fā)生冒漿的概率極高，尤其是在采動(dòng)區(qū)附近注漿過(guò)程中，有時(shí)漿液會(huì)沿著裂隙或?qū)用娴韧细Z流而冒出地表[2]。因此確需在二開(kāi)裸孔段注漿的，需要做好以下幾點(diǎn)工作：

（1）搜集注漿區(qū)域資料，包括斷層的發(fā)育情況、基巖深度、周圍采空區(qū)范圍、地表是否有煤礦開(kāi)采形成的地裂縫。

（2）注漿工作盡量安排在白天，制定巡視制度，安排工人定時(shí)到注漿區(qū)域周圍200m 范圍內(nèi)巡視，尤其是注漿區(qū)域附近存在斷層和地裂縫，要加密巡視的頻率，并做好巡視記錄。

（3）盡量采用下行注漿方式。鉆遇斷層或大漏失點(diǎn)后，第一步：封孔。對(duì)一開(kāi)套管以下鉆孔進(jìn)行封孔，封孔用密度1.6～1.7 的水泥粘土混合漿，混合比例1:2，封孔候凝時(shí)間24h。這樣既能達(dá)到對(duì)鉆孔的封孔要求，同時(shí)也能降低后期重新鉆進(jìn)時(shí)出新孔的概率。封孔至一開(kāi)套管內(nèi)，下鉆掃孔出套管頭。第二步：形成注漿帽。下鉆沿原孔出套管后鉆進(jìn)10～15m，注清水沖孔，起鉆準(zhǔn)備注漿。選用1:2的水泥粘土混合漿，密度1.15～1.30 之間，先稀后稠再稀，注漿泵排量控制在200L/min 之內(nèi)，注漿壓力達(dá)到1MPa 停止注漿，壓清水，確保鉆孔內(nèi)無(wú)漿液殘留，候凝12h。這樣可以在一開(kāi)套管周圍一定區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)水泥蓋。第三步：進(jìn)行非灌漿段的護(hù)壁灌漿工作[3]。下鉆鉆進(jìn)至遇斷層或漏點(diǎn)位置前5～10m，注清水沖孔，起鉆準(zhǔn)備注漿。選用1:2 的水泥粘土混合漿，密度1.15～1.30 之間，可根據(jù)情況調(diào)整，注漿泵排量控制在200L/min 之內(nèi)，注漿壓力達(dá)到2MPa 停止注漿，壓清水，確保鉆孔內(nèi)無(wú)漿液殘留，侯凝24h。在非注漿段周圍形成虛擬的套管，避免后期漿液大量進(jìn)入非灌漿段。第四步：注漿段注漿。下鉆鉆進(jìn)至過(guò)斷層或漏點(diǎn)位置5～10m，注清水沖孔，起鉆準(zhǔn)備注漿。選用1:3 的水泥粘土混合漿，密度1.15～1.30 之間，按照先稀后稠再稀的原則，注漿終壓不宜過(guò)大。根據(jù)注漿段深度，選擇合適的注漿終壓，由于是二開(kāi)裸孔注漿，還要考慮鉆孔的安全性，因此注漿終壓盡量控制在3MPa之內(nèi)。注漿結(jié)束后壓水，確保鉆孔內(nèi)無(wú)漿液殘留，侯凝24h。之后開(kāi)始正常鉆進(jìn)至二開(kāi)著陸點(diǎn)位置，下入二開(kāi)套管。