井下疏放高承壓水套管破裂鉆孔治理研究

井下疏放高承水套管裂鉆孔治理研究胡榮杰1，2.3，

李張鵬2，

程龍藝2，

張振2（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇徐州2211162.北煤電集團(tuán)公司劉橋一礦，安徽淮北235100；3.安徽煤礦勘探工程技術(shù)研究中心，安徽宿州234000）摘要?jiǎng)蛞坏V62石門放水孔由于長(zhǎng)時(shí)間擔(dān)疏水降壓任務(wù)，導(dǎo)致鉆孔下部形成較大空洞及套管破裂、跑水嚴(yán)重，孔口閘閥失去控制作用，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)造成很大威脅。通過(guò)采取施工泄壓孔、連通、放水試驗(yàn)、窺視儀探查、下止?jié){塞、注漿封堵、補(bǔ)打替代孔、安裝流量監(jiān)控設(shè)備等手段成功治理，達(dá)到了對(duì)灰?guī)r水控放的目的。關(guān)鍵詞：鉆孔治理；深孔窺視；疏水降壓；流量監(jiān)控0引煤礦水害是造成煤礦群死群傷以及重大經(jīng)濟(jì)損失的主要事故之一，是僅次于瓦斯事故的“第二大殺手橋一礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，主要水害威脅為煤系地層砂巖裂隙水、底板灰?guī)r水、老空水、陷落柱及斷層水。特別6煤底板高承壓太灰水，威脅礦井的安全生產(chǎn)。該礦采取疏水降壓結(jié)合煤層底板注漿改造進(jìn)行綜合治理，取得了較好的效果，但長(zhǎng)期擔(dān)任疏水降壓任務(wù)的鉆孔容易造成套管腐蝕破裂及鉆孔深部裂隙增大甚至塌孔形成空洞等問(wèn)題，對(duì)礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。文章以劉橋一礦II62石門鉆孔治理為例，闡述了該類鉆孔恢復(fù)治理技術(shù)的研究與應(yīng)用。1概1.1水文地條件該礦屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜型礦井，礦區(qū)的主要含水層有4組，自上而下分別為第四系孔隙含水層組、煤系砂巖裂隙水含水層組、太灰?guī)r溶水含水層組、奧灰?guī)r溶水含水層組。

第四系與基巖基本無(wú)垂直水力聯(lián)系。煤系地層砂巖裂隙水為礦井直接充水水源，含水豐富但其儲(chǔ)量有限，易于疏干。太灰?guī)r溶水含（隔）水層區(qū)裂隙溶洞發(fā)育、富水性強(qiáng)，是礦井充水的主要含水層及充水水源。一般把1~層灰?guī)r視為1個(gè)含水層組此組單位涌水量L/s·m，滲透系數(shù)0.045~2.857m/d礦化度，水質(zhì)類型為型6煤底板至太灰頂板間距為m，平均為52m，目前礦井6煤層開(kāi)采區(qū)域太灰水頭壓力在MPa，突水系數(shù)較大，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。采區(qū)II623，II626工作面在回采過(guò)程中均發(fā)生過(guò)太灰水突出事故，出水量最大達(dá)m3/h奧陶系地層是礦區(qū)的主要含水層巖溶裂隙發(fā)育，連通性強(qiáng)，水量豐富，但奧灰含水層距離開(kāi)采煤層較遠(yuǎn)且與太灰含水層基本無(wú)水力聯(lián)系，在正常情況下對(duì)礦坑充水無(wú)直接影響。1.2鉆孔現(xiàn)狀及治原因分II62石門放水孔位于軌道石門內(nèi)，該處巷道底板巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖及灰?guī)r為主，裂隙、溶隙局部發(fā)育，

富水性較強(qiáng)，太原組灰?guī)r水壓為2~3MPa，主要擔(dān)任6煤層疏水降壓任務(wù)。由于放水鉆孔施工時(shí)問(wèn)較早，鉆孔套管腐蝕跑水嚴(yán)重，且鉆場(chǎng)下部已經(jīng)形成較大空洞，經(jīng)常有巖塊沖出，致使鉆孔和管路堵塞，導(dǎo)致太灰水頭壓力增大，若不及時(shí)治理則會(huì)造成放水量完全失去控制，甚至?xí)斐上锏缼筒?、底板大面積突水，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成很大威脅。為有效控放太灰水，確保礦井安全回采，必須II62石門放水孔進(jìn)行治理。2前準(zhǔn)（1）鉆孔窺視。為查明套管腐蝕的具體位置及腐蝕程度，從而做出正確的治理方案，對(duì)套管腐蝕跑水嚴(yán)重的4號(hào)孔采用TYGD10型巖層鉆孔探測(cè)儀進(jìn)行窺視。該儀器具有圖象清晰度高、自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示探測(cè)深度、可連續(xù)錄制、觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，可以通過(guò)儀器的液晶顯示屏或在計(jì)算機(jī)中直觀、清晰地顯示出鉆孔巖層構(gòu)造、套管質(zhì)量等情況。（2）放水試驗(yàn)。治理前通過(guò)一定的步驟關(guān)閉和打開(kāi)各鉆孔并利用流量?jī)x觀測(cè)水量的方法進(jìn)行放水試驗(yàn)，確定了各鉆孔之問(wèn)的水力聯(lián)系及聯(lián)系程度，確保封堵后新放水孔能夠成功替代原放水孔放水量，同時(shí)為封堵先后順序提供了依據(jù)。（3）連通試驗(yàn)。封堵前采取依次向各個(gè)鉆孔壓注示蹤劑的方法進(jìn)行壓注連通試驗(yàn)，查明各鉆孔之問(wèn)的連通性，對(duì)治理設(shè)計(jì)起到了指導(dǎo)作用。（4）泄壓孔。在封堵治理原放水鉆孔前施工了3個(gè)泄壓放水孔，以有效疏放太灰水，降低水頭壓力及作為替代放水孔。

（5）下骨料裝置。封堵治理時(shí)采用了自行設(shè)計(jì)的下骨料裝置。下骨料時(shí)首先關(guān)閉孔口高壓閘閥，然后把骨料放入孔口的加料裝置中，關(guān)閉壓緊加料口閘閥，打開(kāi)孔口高壓閘閥，起動(dòng)注漿泵向孔內(nèi)壓注。（6）控放設(shè)備。準(zhǔn)備了磁漩渦流量計(jì)及KJ402-F用本安型水文分站用于安裝鉆孔流量控放裝置。3鉆治3.1鉆孔封堵治理由于II62石4放水鉆孔的孔口套管被灰?guī)r水沖刷腐蝕、破裂、跑水最嚴(yán)重，孔口控制閘閥失去作用，孔內(nèi)套管無(wú)法使用，且孔口周圍已出現(xiàn)多處巷道幫部及底板出水因此首先對(duì)4孔進(jìn)行治理對(duì)4號(hào)放水鉆孔采取下止?jié){塞止水然后再注漿的辦法進(jìn)行注漿封堵。第1步：在注漿封堵4號(hào)放水孔前，先將3個(gè)新施工的替代放水泄壓孔打開(kāi)放水，以減小封堵鉆孔的出水壓力。第2步：用6分的鋼管將孔內(nèi)1~2內(nèi)的2塊卡在孔內(nèi)的腐爛套管搗掉或搗爛，使其通過(guò)鉆孔出水沖出孔口。第3步：下m直徑為65mm套管到直徑91mm套管變徑處套管底部為一反壓式止水塞孔口用2個(gè)3t手拉葫蘆在鉆孔兩邊，向孔內(nèi)反拉壓緊套管底部的止水塞止水。第4步當(dāng)套管底部的止水塞被壓緊，兩層套管之間不跑水后（鉆孔水只從直徑65mm套管中返出閉直徑65mm套管孔口的高壓截止閥，觀察鉆孔套管跑水被止水塞封堵情況，確認(rèn)跑水被封堵住后，將注漿泵與孔口連接并開(kāi)始向孔內(nèi)實(shí)施注漿

施工作業(yè)。第5步：加入鋸末、黃沙、瓜了片等骨料進(jìn)行止水，水量減少后采用注水玻璃雙液漿封堵，待達(dá)到一定的止水效果后，則立即換用水泥漿封堵，直到注漿終止壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，停泵關(guān)閉孔口高壓閘閥，結(jié)束注漿封孔施工。在應(yīng)用水玻璃前進(jìn)行雙液漿配比試驗(yàn)，精確把握結(jié)石時(shí)間及硬度，確保封堵成功。4號(hào)放水孔注漿封孔施工結(jié)束依次對(duì)1號(hào)、2號(hào)3號(hào)放水孔實(shí)施注漿封堵治理。3.2替代放孔施工在封堵治理原放水鉆孔前施工了3個(gè)泄壓放水孔，以有效疏放太灰水，降低水頭壓力及作為替代放水孔。由于鉆孔施工目的為長(zhǎng)期疏放太灰水，為防止套管腐蝕及高承壓水突破淺部巖柱而造成巷道突水，所有新施工鉆孔均下三路套管，最深一路套管下至灰?guī)r頂部有效隔水層（海相泥巖）中。經(jīng)水量及灰?guī)r水位觀測(cè)及連通性試驗(yàn)，新施工放水孔能夠達(dá)到封堵原鉆孔泄壓及替代放水要求。3.3控放設(shè)安裝將磁漩渦流量計(jì)及KJ402-F用本安型水文分站安裝在放水管路上，監(jiān)測(cè)鉆孔水量、溫度，通過(guò)光纖將井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至地面機(jī)房礦井水文監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)上。在確保受高承壓灰?guī)r水害威脅的工作面安全回采的前提下，根據(jù)井上下灰?guī)r水位的變化情況來(lái)動(dòng)態(tài)、合理控制鉆孔的放水量。4結(jié)該次治理過(guò)程利用深孔窺視儀有效查明