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巷道掘進、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，通過地面水平井鉆孔注漿方式對區(qū)域二1煤層底板L8 灰?guī)r及斷層進行超前預(yù)注漿加固，將隔水層加固，把含水層改造成隔水層，從而確保巷道掘進和工作面回采時底板承壓水不突出[1]。

治理過程中注3 井在二開裸孔段注漿時地面發(fā)生冒漿現(xiàn)象，給施工造成較大的困難。本文重點對注3 井施工、冒漿原因進行介紹分析，并總結(jié)出二開裸孔段施工的經(jīng)驗教訓。

2 鉆孔施工情況

2.1 一開鉆進情況

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

2.2 二開鉆進情況

二開鉆進過程中由于鉆遇了斷層，與礦方提供資料出入較大，導(dǎo)致原二開設(shè)計的軌跡無法正常施工，并進行了探孔施工，之后進行了第二次二開施工。施工情況如圖1 所示。

圖1 注3 井鉆孔剖面圖

（1）第一次二開鉆進。在井深453～467m 和481～492m 兩次見到平均厚度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。目前已進入斷層上盤，上盤的目的層位L8 灰?guī)r要比預(yù)計的深，目前的軌跡角度不能滿足下入二開套管的要求。為了摸清上盤L8 灰?guī)r深度，準確設(shè)計二開著陸位置，決定繼續(xù)向下鉆進打探孔，在井深545～554m 處見到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，之后進行調(diào)漿堵漏，并進行下鉆封孔。

（2）第二次二開鉆進。從392m 開始側(cè)鉆，在井深449m 處見二1 煤，在井深551m 處灰?guī)r層頂部發(fā)生漏失（平面位置已過第一次遇到的斷層5m 左右），漏失量62m3/h，原計劃進行堵漏，繼續(xù)鉆進至設(shè)計的二開著陸位置后下入二開套管。但礦方認為鉆進過程中遇到了斷層，從煤礦安全生產(chǎn)的角度考慮，需要對斷層進行注漿加固。最后經(jīng)雙方協(xié)商決定在二開裸孔情況下對灰?guī)r漏失點和斷層注漿加固。

3 二開裸孔段注漿過程

3.1 制定注漿安全措施

二開裸孔段孔深近303m，且穿過煤層，在二開裸孔段注漿過程中易發(fā)生因注漿壓力過大導(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，壓力達到3MPa且穩(wěn)定后，現(xiàn)場要根據(jù)設(shè)備情況分階段降低排量。排量每降低一個階段壓力達到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。

3.2 注漿過程

（1）第一階段：初始注漿

2019 年6 月27 日開始注漿，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，沒有繼續(xù)上升趨勢，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)小時后，井下不再跑漿后開始連續(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。礦方要求進行間歇注漿，第一次間歇注漿停注時間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間24h，第三次間歇注漿（7 月31 日、8 月1 日、8 月3 日）停注時間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，冒漿位置為兩個相鄰直徑為5cm 的孔洞，漿液從孔洞溢出，進漿農(nóng)田面積4000m2左右。

4 冒漿原因分析

地面冒漿浪費了注漿材料，且無法保證注漿效果，同時冒漿農(nóng)田的復(fù)耕也浪費了大量的資金，因此必須重視冒漿問題，認真分析發(fā)生冒漿的原因。通過對當?shù)卮迕褡咴L和進行地層資料分析，結(jié)合注漿過程中的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致冒漿問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?shù)厝朔Q為“腰帶線”，這些地裂縫是煤礦開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，尤其是以往礦井開采管理不規(guī)范，不排除吳村煤礦有越采、超采的可能，實際采空區(qū)距離冒漿位置或許更近。

（2）冒漿位置距離東南部13051 采動工作面最近距離約210m（圖2），在注3 井注漿過程中，井下13051 工作面巷道內(nèi)先發(fā)現(xiàn)了冒漿，說明注漿裸孔段與13051 工作面之間有橫向聯(lián)通通道。工作面采動后導(dǎo)水裂隙最大發(fā)育高度為52.68m（古漢山礦經(jīng)驗數(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°。另外在鉆進過程中遇到了落差15m 左右的新斷層，斷層的存在會對穩(wěn)定的基巖地層進行切割破壞，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，且間歇停注時間48h，基本達到了水泥的凝固時間，二開裸孔段注漿層位逐漸上移，距離一開套管頭越來越近，導(dǎo)致漿液進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、臨近斷層帶和間歇注漿停注時間長的綜合作用，是導(dǎo)致本次冒漿的主要原因。注漿過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

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

（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后，第一步：封孔。對一開套管以下鉆孔進行封孔，封孔用密度1.6～1.7 的水泥粘土混合漿，混合比例1:2，封孔候凝時間24h。這樣既能達到對鉆孔的封孔要求，同時也能降低后期重新鉆進時出新孔的概率。封孔至一開套管內(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10～15m，注清水沖孔，起鉆準備注漿。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)，注漿壓力達到1MPa 停止注漿，壓清水，確保鉆孔內(nèi)無漿液殘留，候凝12h。這樣可以在一開套管周圍一定區(qū)域內(nèi)形成一個水泥蓋。第三步：進行非灌漿段的護壁灌漿工作[3]。下鉆鉆進至遇斷層或漏點位置前5～10m，注清水沖孔，起鉆準備注漿。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)，注漿壓力達到2MPa 停止注漿，壓清水，確保鉆孔內(nèi)無漿液殘留，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入非灌漿段。第四步：注漿段注漿。下鉆鉆進至過斷層或漏點位置5～10m，注清水沖孔，起鉆準備注漿。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，注漿終壓不宜過大。根據(jù)注漿段深度，選擇合適的注漿終壓，由于是二開裸孔注漿，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)無漿液殘留，侯凝24h。之后開始正常鉆進至二開著陸點位置，下入二開套管。