陷落柱上部空洞骨料灌注工藝

彭中欣/冀中能源股份有限公司東龐礦地測(cè)科

陷落柱上部空洞骨料灌注工藝

彭中欣/冀中能源股份有限公司東龐礦地測(cè)科

在2903陷落柱封堵治理過(guò)程中，為了阻止陷落柱頂部空洞繼續(xù)向上發(fā)育，為陷落柱封堵治理創(chuàng)造條件，通過(guò)優(yōu)化治理設(shè)計(jì)，制定了科學(xué)、可行的骨料灌注工藝，提前對(duì)陷落柱頂部探查孔進(jìn)行骨料灌注，確保了陷落柱封堵工程的完成，為今后陷落柱治理提供了借鑒。

骨料；灌注；工藝

2003年4月12日8時(shí)47分，東龐礦2903工作面，在掘進(jìn)過(guò)程中，發(fā)生了我國(guó)歷史上罕見(jiàn)的2#煤層陷落柱特大奧灰突水災(zāi)害，峰值突水量達(dá)70000m 3/h。突水前，陷落柱處于相對(duì)穩(wěn)定階段，塌落物、柱內(nèi)水體與柱體本身維持在一個(gè)相對(duì)平衡狀態(tài)。發(fā)生突水后，水流攜帶出大量的陷落柱內(nèi)充填物，使陷落柱腔體體積增加，腔頂失去支撐，為了維持新的平衡，在重力和水流浸泡軟化的共同作用下，陷落柱將不可避免地存在著再次發(fā)生塌落的可能性，其發(fā)育高度上限會(huì)繼續(xù)增大。

為了阻止陷落柱頂部空洞繼續(xù)向上發(fā)育，減小空洞積水量，為陷落柱封堵治理提供前提，通過(guò)論證，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整，利用陷落柱空洞探查鉆孔提前對(duì)空洞進(jìn)行骨料灌注，實(shí)現(xiàn)陷落柱上部空洞和孔隙的充填，從而在陷落柱的上端形成一個(gè)壓蓋封閉陷落柱與地表的溝通，為陷落柱內(nèi)部封堵奠定基礎(chǔ)。

一、陷落柱頂部探查孔

為了查清陷落柱頂部發(fā)育高度，設(shè)計(jì)在陷落柱中心位置施工一探查孔，設(shè)計(jì)孔深420m。

該孔施工至325.41m時(shí)，泥漿消耗量突然增大，鉆機(jī)及時(shí)提鉆，改用Φ146m m巖芯管取芯鉆進(jìn)，通過(guò)取芯證實(shí)：327.11～328.75m巖體破碎，有明顯水浸現(xiàn)象。

鑒于泥漿消耗增大，為了正常鉆進(jìn)，采用孔內(nèi)回填和鋸沫泥漿靜壓的方法堵漏，經(jīng)過(guò)三次的回填堵漏并下入Φ216× 3000m m木塞一支終于臨時(shí)堵住漏失，注水泥形成人工井底，并下入Φ194×8m m通天無(wú)縫鋼管0～313m。下入套管后繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆孔在336.61m見(jiàn)陷落柱，探孔深度為417.37m，陷落柱頂部空洞發(fā)育高度為80.76m。通過(guò)水位觀測(cè)，證實(shí)為奧灰水位。

二、骨料灌注技術(shù)要求

1.根據(jù)陷落柱頂部發(fā)育高度，預(yù)計(jì)需灌注骨料為2萬(wàn)m3左右。

2.骨料采用粉碎后的煤矸石、石子、細(xì)沙（河沙）等，以3-20m m的直徑為主，灌注水固比范圍為6:1～10:1。

3.采用孔口漏斗投注骨料，水流攜帶灌注法。

4.鉆孔達(dá)到可注骨料條件后,應(yīng)先準(zhǔn)備好捅孔條件及注骨料條件，然后進(jìn)行骨料灌注。為了加快灌注速度，前期灌注骨料的水固比為6:1，后期采用水固比10:1，或以在水中加入細(xì)砂等方法，加大浮力增加攜帶固體的能力。

5.按定量（試注后確定）間歇法進(jìn)行灌注，每次間歇后，采用鉆具透孔或大量壓水方法，把骨料沖掃至周圍空洞之中，并預(yù)測(cè)剩余空洞大小。

6.灌注過(guò)程中要求觀測(cè)孔口是否有溢水、冒氣等異?，F(xiàn)象，以防堵孔，每2小時(shí)要用細(xì)鋼絲繩吊重錘探測(cè)孔深一次。

三、骨料灌注工藝流程

將填料料斗（漏斗）連接在孔口上，其上方為一計(jì)量斗，孔口下方為送水三通。水泵選用25 m3/h的普通潛水泵向孔內(nèi)注水，水泵端水管聯(lián)接有回水管，可以調(diào)節(jié)水量大小，然后按照水固比6：1的速度向孔內(nèi)勻速注入骨料。每灌注20～30 m3或2小時(shí)用吊錘探孔一次，探查孔內(nèi)骨料位置，掌握鉆孔暢通情況。灌注過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)水位異常、孔口突然涌水，立即停止投入骨料，進(jìn)行探孔工作。若發(fā)現(xiàn)堵孔，首先采用NBB-250/60變量泵，接通井口向孔內(nèi)由小到大壓水，一般采用該方法基本能夠順利壓通鉆孔，壓通后采用鉆具探孔，沖掃下部骨料，恢復(fù)鉆孔與空洞正常后，繼續(xù)正常灌注。壓水無(wú)效時(shí)，利用鉆機(jī)下鉆打撈骨料，直至鉆孔暢通。

根據(jù)骨料灌注量，定時(shí)下鉆具沖掃陷落柱內(nèi)骨料，即采用三翼鉆頭，兩側(cè)帶有噴嘴的鉆具在堆積骨料內(nèi)通過(guò)高壓水上下反復(fù)沖掃，噴射水壓力不小于鉆孔水壓力的1.5倍，約為5.3M pa，確保骨料充分?jǐn)U散到周圍空洞裂隙之中。

灌注骨料工程延續(xù)到后期時(shí)，孔內(nèi)經(jīng)常堆積骨料，堵塞鉆孔，這個(gè)時(shí)期以壓水、沖掃孔為主。填入孔內(nèi)5～10m3就要吊錘探孔一次，時(shí)時(shí)掌握孔內(nèi)骨料的上升情況，一旦發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)有骨料，及時(shí)下鉆沖掃，當(dāng)沖掃、壓水反復(fù)數(shù)十次，骨料不再下移時(shí)，即可認(rèn)為骨料已經(jīng)填滿。

至陷落柱頂部空洞灌滿骨料，共灌注骨料17867m3。

四、幾點(diǎn)建議

1.骨料灌注過(guò)程中，嚴(yán)格控制骨料灌注速度，定時(shí)停頓以釋放孔內(nèi)氣壓，一方面要避免由于高壓聚集空氣驟然釋放對(duì)孔壁的沖擊破壞，造成塌孔事故；同時(shí)防止孔內(nèi)大的巖塊被沖向孔外，在水壓降低回落時(shí)造成堵孔事故。

2.每次灌注前應(yīng)先開(kāi)泵壓水10m i n，在確保泵量充足，管路暢通的情況下，才能開(kāi)始灌注骨料。

3.每次發(fā)生孔口涌水時(shí)，應(yīng)立即停止灌注，待卸壓鉆孔恢復(fù)正常后，清理孔口涌出的骨料，疏通進(jìn)水管路，之后才能繼續(xù)灌注，嚴(yán)禁在涌水狀態(tài)下，將反出的骨料向孔內(nèi)充填。

4.專人監(jiān)測(cè)孔口返水及骨料下放舒暢程度，一旦發(fā)現(xiàn)骨料下放不暢，及時(shí)停止灌注骨料，用高壓水沖孔，該種方法處理堵孔效果較好；

彭中鑫，男，1967年1月出生，河北晉州市人，學(xué)士，高工，河北金牛能源股份有限公司東龐礦地測(cè)科。