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摘要：透水事故是井工煤矿常见的煤矿安全事故之一，为了保障生命财产安全，降低安全生产成本投入，进一步提高巷道掘进速率，保障接续、回采工作的正常进行，经研究决定对2163运输顺槽进行地面打钻注浆堵水。

关键词：透水;注浆堵水;浆液;打钻

为了进一步提高巷道掘进的安全性，降低成本，减少资源浪费。本文通过对双欣煤矿2163运输顺槽地质条件分析、结合相似矿井注浆堵水的经验，分析确定合理的施工方案——《双欣煤矿2163运输顺槽涌水点地面注浆治理施工组织设计》，解决了巷道涌水的安全隐患难题。

一、工作面概况

（一）、巷道位置

1. 地面相对位置：本巷道方位为96°00’43”，巷道掘进至830m位置需进行调向，巷道方位变更为72°，再沿该方位掘进440m，巷道全长1270m。

2. 井下位置及四邻采掘情况：2163运输顺槽布置位置位于16煤二采区三条下山东翼，巷道开口位置位于16煤二采区轨道下山X12导线点位置，巷道北侧相距180m为2163回风顺槽，巷道西侧为16煤二采区三条下山，巷道东侧为我矿与巴音乌素六保煤矿井田边界，巷道上方垂直相距62-71m为上组煤2081工作面采空区及2105工作面（正在回采），其余巷道四周均为实体煤。

（二）煤（岩）层赋存特征（由上到下）

老顶：粉砂岩4.72m（深灰色，粉砂质结构，厚层状构造，较坚硬，断口较平坦，局部泥质含量高）;砂质泥岩10.07m（灰黑色，砂质泥状结构，厚层状构造，参差状断口，见炭化植物叶片碎片化石）;15煤0.8m（黑色，条痕黑褐色，弱玻璃光泽，线理状构造，参差状断口，半亮型，煤层厚度不均匀）;泥岩2.82m（黑灰色，泥质结构，薄层状构造，参差状断口，见炭化植物叶片碎片化石）。

直接顶：中砂岩-粗砂岩6.15m（灰白色，成分以石英、长石为主，暗色矿物次之，中至粗粒砂状结构，厚层状构造，顶板局部会经常出现以砂质泥岩为主的伪顶，厚度一般在0.5m-1m不等）。

掘进煤层：16煤4.5m（黑色，条痕黑褐色，弱玻璃光泽，线理状构造，参差状断口，半亮型）。

直接底：砂质泥岩1m（灰黑色，多为砂质泥状结构，厚层状构造，参差状断口）;17煤1m（黑色，条痕黑褐色，弱玻璃光泽，线理状构造，参差状断口，半亮型）;砂质泥岩4.22m（灰黑色，砂质泥状结构，厚层状构造，参差状断口，见炭化植物叶片碎片化石）。

（三）地质构造

根据三维地震报告显示，巷道布置位置共受两条断层构造影响，分别为DF37断层及DF40断层。

根据2161工作面两顺槽及2163回风顺槽掘进期间实际揭露，DF37断层为可靠断层，断层倾向234°，断层倾角45°，断层落差3m，断层不导水。根据断层走向判断，预计巷道掘进至140m位置揭露该断层，断层揭露期间巷道顶板稳定性较差，采用补打锚索吊梁的方式对顶板进行了加强支护，因此，巷道掘进至断层位置附近需提前备好支护材料。

二、出水经过

2163运输顺槽掘进至450m位置遇一背斜构造，煤层由上山变为下山，顺槽掘进期间伴有淋水，经观测淋水量在17m³/h左右。继续向前掘进36m发现顺槽底板存在一条构造裂隙，初始涌水量在20m³/h左右，顺槽迎头设置一台风泵对迎头积水进行抽排。2021年1月18日中班作业人员到现场对上一班遗留浮货进行清理，待浮货清理完毕底板裂隙涌水量开始加大，迎头风泵能力已不能满足排水需要，迎头积水开始上涨作业人员将综掘机退至背斜构造最高点后，撤出所有人员。经由矿总工程师及相关技术人员对出水量进行观测计算，结果为出水量55m³/h。

三、出水原因分析及堵水方案

从出水过程来看，刚揭露构造裂隙时，涌水量不大，清理浮货后出水量随即逐渐增大。由此可以判断出水点水压不高，揭露构造裂隙后，浮货对出水点形成阻力出水量很小，随着复浮货的清理出水点阻力减小水在压力作用下涌入巷道。构造裂隙在水流动过程中不断冲刷裂隙中的充填物，流动阻力减小，水量增加。最后出水量稳定在55m³/h。

通过对矿方已掌握的水文地质资料分析出水点附近没有断层存在，背斜的存在也是根据实际揭露煤层变化推断。由此判断2163顺槽486m处底板出水是由于顺槽出水点底板以下14m基本以砂岩为主，总厚度10m左右中间只有一层粘土岩，厚度1.35m，此处处于背斜构造轴部附近，构造裂隙发育，底板以下砂岩通过裂隙联通可以认为是一层厚砂岩。顺槽底板距奥灰40m左右，由于该处构造复杂裂隙发育，奥灰与砂岩会有一定的水力联系，致使砂岩含水层含水丰富。因此本次顺槽底板出水水源确认为底板以下砂岩含水层，导水通道为构造裂隙带。

由于本次出水是由构造裂隙形成了过水通道，沟通了与顺槽（16煤）底板以下砂岩含水层水力联系所致。那么，有效封堵过水通道及充填底板以下砂岩裂隙后，出水点无出水或出水在6m³以下，即认为注浆堵水任务完成。

四、方案设计

利用地面钻孔注浆封堵。具体操作：因地表无障碍物，布钻孔1个，钻孔位置在出水点上方距出水点深310米（X：413793.909;Y：4363425.049;Z：1276.784）。采用全孔无芯钻进，其中：①275.2m至底板279.9m段主要任务充填巷道空间，巷道出水点骨料覆盖封堵，以单液水泥浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅。变动水为静水封堵巷道出水点，形成封闭的注浆条件。②底板加固及巷道投放骨料固结采用单液水泥浆。③底板以下279.9～310m段，主要对构造裂隙带及巷道底板以下砂岩含水层以单液水泥浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅注浆，封闭过水通道，改善底板以下砂岩含水层赋水条件，实现堵水目的。堵水结束后，用单液水泥浆全孔封闭，清理顺槽恢复顺槽功能。

五、设备选型

1、钻探设备

①钻机：TSJ-2000A型钻机

②钻塔：22m四角钻塔

③泥浆泵：TBW-850/5泥浆泵。

④钻具：φ89mm钻杆;φ108mm、φ165mm钻铤;φ127mm、φ142mm、φ190mm、φ273mm三牙轮钻头。

2、测斜、纠偏设备

①测斜仪器：JDT-6型陀螺测斜定向仪。

②纠偏钻具：5LZ146×7.0螺杆钻具。

六、钻孔施工设计

（一）钻孔结构设计

1、孔深0～20m：孔径 Φ273mm，下Φ245mm套管，注浆固管，隔离第四系松散层;孔深20～275.2m：孔径Φ190mm，下Φ159mm套管注浆固管（￠159mm套管上端进入￠245mm套管抄手5m）。

2、275.2～280m，孔径Φ142mm，丢Φ140mm套管，注浆固管。

3、280～310m，孔径Φ127mm，裸孔。

以上钻孔结构未考虑老空区的影响，遇见老空区后，根据空区特征制定钻孔过空区措施随时调整钻孔结构。

（二）过采空区及钻孔冲洗液

（1）注浆钻孔要穿过8煤、10煤采空区，增加了钻孔施工难度。要引起足够的重视。钻孔过采空区需要采取的措施及方法要根据钻孔试探空区情况而定。钻孔在孔深199m遇8煤底板、在206m遇10煤底板。

（2）为摸清采空区影响上复岩层情况，钻孔钻进除上部表土使用泥浆作为冲洗液外，全孔使用清水钻进。

（3）做好简易水文工作，钻进过程中出现漏水特别是全漏时一定做好记录（漏水孔深）。

（三）、钻孔轨迹控制及水文工作

（1）为保证钻孔的垂直度和落点靶域要求，施工过程中要求每30～50m测斜一次，发现钻孔偏离设计轨迹，要及时进行纠正，并加密测斜次数，从而保证钻孔落点在设计靶域内。

（2）钻孔钻至顺槽底板后，提供准确测量资料及钻孔落点坐标。

（3）施工过程中，要做好简易水文工作，及时观测和记录孔内水位及消耗量。尤其，在巷道注浆结束后，巷道底板以下孔段钻进、注浆扫孔都必须进行水位测量，也就是说提钻后下钻前要测水位，并做好记录。

七、注浆设计

（一）浆液种类

本次施工共选用两种浆液：水泥-水玻璃双液浆和单液水泥浆。

（二）注浆段划分及注浆参数

1、注浆终压（泵压）：

①段（巷道出水点封堵）：水泥—水玻璃双液浆，1.3MPa结束。单液水泥浆： 1.3MPa;

②段（底板加固及巷道固结）：单液水泥浆： 2.7MPa（按2.5倍静水压力计算，水灰比1：1）

③段（底板构造裂隙带以下砂岩含水层）：水泥—水玻璃双液浆，1.5MPa结束（按2倍静水压力计算，水灰比1：1），单液水泥浆： 3.1MPa（按2.5倍静水压力计算，水灰比1：1）。

二、终量： 单液水泥浆100L/min，稳定时间不小于20min。

（三）注浆方式

下行注浆，上行复注。

（四）浆液配比及注浆材料用量

1、水玻璃双液浆

水泥浆的水灰比在1∶1左浆液配比

（1）水泥—右，水玻璃的波美度在38～40B’e。水泥浆与水玻璃体积比按1∶0.3～1：0.5考虑。其凝胶时间大约在20～40s之间。具体配比应据现场小样试验而定。

（2）单液水泥浆

巷道骨料加盖，应在0.8：1～1∶1之间;底板加固及巷道骨料水泥浆充填缝隙，可在1∶1左右。构造裂隙带及顺槽底板以下砂岩含水层注浆应在0.8∶1～1∶1之间。

固管，浆液水灰比取0.7∶1;孔壁加固注浆可按0.7∶1。

2、骨料投放量

骨料扩散距离与出水量、水压及巷道形态有关。本次出水量只有55m³/h水压0.1Mp。出水点在倾角7°下山顺槽迎头。根据水压、出水量及下山巷道骨料充填较为简单。为给底板注浆创造条件和以后清理顺槽施工方便，本次投放骨料采取定量投放，设计用量120m³（其中规格3cm和1cm的骨料各60m³）。

3、注浆量

（1）巷道骨料覆盖、充填

下山顺槽长度36m断面5.5×3.7m;充填容积为三角体。三角体长度为36m，总充填容积为244m³。所需水泥浆体积：244m³﹣骨料体积120m³=124m³。骨料空隙率30%，充填系数100%，结石率0.9计算骨料加固充填所需水泥浆90m³。注浆时浆液消耗系数1.3。

巷道所需浆液：（124+90）×1.3=278m³

（2）构造裂隙带

构造裂隙带注浆具有一定的特殊性，浆液注入量与裂隙大小长度有着密切的联系，理论计算结果不足以符合实际。所以顺槽出水点底板砂岩注浆量只能凭经验预估，预计水泥浆注入量300m³平均每米钻孔10m³。

（3）处理老空区：100m³

（4）固管浆液：8.5m3。

总计水泥浆注量：278+300+100+8.5=686m³

4、材料用量

（1）水泥

所注浆液平均水灰比0.8∶1计算水泥用量为：610吨，规格：R32.5，用途：固管、空区、顺槽覆盖、底板注浆。

（2）水玻璃

按水泥浆与水玻璃1：0.4的配比，水灰比1：1考虑，预计双液浆需要水泥256吨;需水玻璃102吨，规格：38～40B´e，用途：顺槽内动水注浆。

（3）石子（骨料）

用途：用于顺槽充填。规格：粒径3cm和粒径0.5cm的各60m³。

（4）注浆材料用量情况说明

注浆工程属于隐蔽性极强的工程，使用的注浆材料只能预计，给出的数量只是大概。备料原则是：既不影响工程施工也不能库存太多。施工方与供货方要及时沟通，将该项工作做好。

八、注浆效果

1、预计注浆效果

顺槽下山经充填、注浆封堵出水点，底板以下砂岩含水层构造裂隙带注浆后，封闭过水通道并改变砂岩含水层含水状态。预计顺槽下山出水小于6m³/h或无水。

2、探水钻检查结果

在巷道充填物的渗水量小于6m3/h的情况下，清理巷道。清至距出水部位10m左右处，停止清理。穿过向出水点部位打两个探水钻孔。A孔水量4 m3/h;B孔水量3m3/h，两孔合计水量小于10m3/h已达到预计注浆效果的要求，可封堵钻孔清理巷道。

九、参考文献

[1]《钻井与完井工程》（第二版）， 陈平主编，北京，石油工业出版社，2011

[2]《实用钻井工程》，Adams，北京，石油工业出版社，1989

[3]《钻井工艺原理》（上、中、下）. 刘希圣等编，北京，石油工业出版社，1998

[4]《定向钻井设计与计算》第二版，韩志勇，北京，中国石油大学出版社，2007

[5]《岩土工程施工技术》第二版、地质出版社、陈晨主编、2015年