井下疏放高承压水套管破裂钻孔治理研究

井下疏放高承压水套管破裂钻孔治理研究

胡荣杰1，2. 3，李张鹏2，程龙艺2，张振2

（1.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116；2.皖北煤电集团公司刘桥一矿，安徽淮北235100；3. 安徽省煤矿勘探工程技术研究中心，安徽宿州234000）

摘要：刘桥一矿II 62石门放水孔由于长时间担当疏水降压任务，导致钻孔下部形成较大空洞及套管破裂、跑水严重，孔口闸阀失去控制作用，对矿井的安全生产造成很大威胁。通过采取施工泄压孔、连通、放水试验、窥视仪探查、下止浆塞、注浆封堵、补打替代孔、安装流量监控设备等手段成功治理，达到了对灰岩水控放的目的。

关键词：钻孔治理；深孔窥视；疏水降压；流量监控

0 引言

煤矿水害是造成煤矿群死群伤以及重大经济损失的主要事故之一，是仅次于瓦斯事故的“第二大杀手”。刘桥一矿水文地质条件复杂，主要水害威胁为煤系地层砂岩裂隙水、底板灰岩水、老空水、陷落柱及断层水。特别是6煤底板高承压太灰水，威胁矿井的安全生产。该矿采取疏水降压结合煤层底板注浆改造进行综合治理，取得了较好的效果，但长期担任疏水降压任务的钻孔容易造成套管腐蚀破裂及钻孔深部裂隙增大甚至塌孔形成空洞等问题，对矿井安全生产带来隐患。文章以刘桥一矿II 62石门钻孔治理为例，阐述了该类钻孔恢复治理技术的研究与应用。

1 概况

1.1 水文地质条件

该矿属水文地质条件复杂型矿井，矿区的主要含水层有4组，自上而下分别为第四系孔隙含水层组、煤系砂岩裂隙水含水层组、太灰岩溶水含水层组、奥灰岩溶水含水层组。

第四系与基岩基本无垂直水力联系。煤系地层砂岩裂隙水为矿井直接充水水源，含水丰富但其储量有限，易于疏干。太灰岩溶水含（隔）水层区裂隙溶洞发育、富水性强，是矿井充水的主要含水层及充水水源。一般把1~4层灰岩视为1个含水层组，此组单位涌水量0.992 ~0.185 L/s·m，渗透系数0.045~2.857 m/d，矿化度

1.5~3.6g/L，水质类型为SO4~Ca·Mg型。6煤底板至太灰顶板间距为41.09~63.33 m，平均为52 m，目前矿井6煤层开采区域太灰水头压力在3~5 MPa，突水系数较大，严重威胁着矿井的安全生产。II62采区

II623，II626工作面在回采过程中均发生过太灰水突出事故，出水量最大达375

m3/h。奥陶系地层是矿区的主要含水层，岩溶裂隙发育，连通性强，水量丰富，但奥灰含水层距离开采煤层较远且与太灰含水层基本无水力联系，在正常情况下对矿坑充水无直接影响。

1.2 钻孔现状及治理原因分析

II62石门放水孔位于II62轨道石门内，该处巷道底板岩性以细砂岩、粉砂岩、泥岩及灰岩为主，裂隙、溶隙局部发育，

富水性较强，太原组灰岩水压为2 ~3MPa，主要担任6煤层疏水降压任务。由于放水钻孔施工时问较早，钻孔套管腐蚀跑水严重，且钻场下部已经形成较大空洞，经常有岩块冲出，致使钻孔和管路堵塞，导致太灰水头压力增大，若不及时治理则会造成放水量完全失去控制，甚至会造成巷道帮部、底板大面积突水，对矿井安全生产造成很大威胁。为有效控放太灰水，确保矿井安全回采，必须对II62石门放水孔进行治理。

2 前期准备

（1）钻孔窥视。为查明套管腐蚀的具体位置及腐蚀程度，从而做出正确的治理方案，对套管腐蚀跑水严重的4号孔采用TYGD10型岩层钻孔探测仪进行窥视。该仪器具有图象清晰度高、自动实时显示探测深度、可连续录制、观测时间长等特点，可以通过仪器的液晶显示屏或在计算机中直观、清晰地显示出钻孔岩层构造、套管质量等情况。

（2）放水试验。治理前通过一定的步骤关闭和打开各钻孔并利用流量仪观测水量的方法进行放水试验，确定了各钻孔之问的水力联系及联系程度，确保封堵后新放水孔能够成功替代原放水孔放水量，同时为封堵先后顺序提供了依据。

（3）连通试验。封堵前采取依次向各个钻孔压注示踪剂的方法进行压注连通试验，查明各钻孔之问的连通性，对治理设计起到了指导作用。

（4）泄压孔。在封堵治理原放水钻孔前施工了3个泄压放水孔，以有效疏放太灰水，降低水头压力及作为替代放水孔。

（5）下骨料装置。封堵治理时采用了自行设计的下骨料装置。下骨料时首先关闭孔口高压闸阀，然后把骨料放入孔口的加料装置中，关闭压紧加料口闸阀，打开孔口高压闸阀，起动注浆泵向孔内压注。

（6）控放设备。准备了磁漩涡流量计及KJ402-F用本安型水文分站用于安装钻孔流量控放装置。

3 钻孔治理

3.1 钻孔封堵治理

由于II62石门4号放水钻孔的孔口套管被灰岩水冲刷腐蚀、破裂、跑水最严重，孔口控制闸阀失去作用，孔内套管无法使用，且孔口周围已出现多处巷道帮部及底板出水，因此首先对4号孔进行治理。对4号放水钻孔采取下止浆塞止水然后再注浆的办法进行注浆封堵。

第1步：在注浆封堵4号放水孔前，先将3个新施工的替代放水泄压孔打开放水，以减小封堵钻孔的出水压力。

第2步：用6分的钢管将孔内1~2 m 内的2块卡在孔内的腐烂套管捣掉或捣烂，使其通过钻孔出水冲出孔口。

第3步：下23 m直径为65mm套管到直径91mm套管变径处，套管底部为一反压式止水塞，孔口用2个3t手拉葫芦在钻孔两边，向孔内反拉压紧套管底部的止水塞止水。

第4步：当套管底部的止水塞被压紧，两层套管之间不跑水后（钻孔水只从直径65mm套管中返出），关闭直径65 mm套管孔口的高压截止阀，观察钻孔套管跑水被止水塞封堵情况，确认跑水被封堵住后，将注浆泵与孔口连接并开始向孔内实施注浆

施工作业。

第5步：加入锯末、黄沙、瓜了片等骨料进行止水，水量减少后采用注水玻璃双液浆封堵，待达到一定的止水效果后，则立即换用水泥浆封堵，直到注浆终止压力达到设计要求后，停泵关闭孔口高压闸阀，结束注浆封孔施工。在应用水玻璃前进行双液浆配比试验，精确把握结石时间及硬度，确保封堵成功。

4号放水孔注浆封孔施工结束，再依次对1号、2号、3号放水孔实施注浆封堵治理。

3.2 替代放水孔施工

在封堵治理原放水钻孔前施工了3个泄压放水孔，以有效疏放太灰水，降低水头压力及作为替代放水孔。由于钻孔施工目的为长期疏放太灰水，为防止套管腐蚀及高承压水突破浅部岩柱而造成巷道突水，所有新施工钻孔均下三路套管，最深一路套管下至灰岩顶部有效隔水层（海相泥岩）中。经水量及灰岩水位观测及连通性试验，新施工放水孔能够达到封堵原钻孔泄压及替代放水要求。

3.3 控放设备安装

将磁漩涡流量计及KJ402- F矿用本安型水文分站安装在放水管路上，监测钻孔水量、温度，通过光纤将井下监测数据传输至地面机房矿井水文监控预警系统上。在确保受高承压灰岩水害威胁的工作面安全回采的前提下，根据井上下灰岩水位的变化情况来动态、合理控制钻孔的放水量。

4 结论

该次治理过程利用深孔窥视仪有效查明了套管腐蚀破裂的具体位置及程度，通过压注及各孔连通放水试验，有效地查明了各孔之问的连通性，为治理方案设计及替代孔的可行性分析提供了依据。通过控放设备的安装，根据疏水降压需要对钻孔水量进行及时控放，既保障了工作面的安全回采，又节省了排水费用，取得了显著的经济效益。

选自《能源技术与管理》2012年第6期