CN110700790B - 煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法 - Google Patents

煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法 Download PDF

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Abstract

一种煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法,其包含如下步骤:步骤一:打开孔口阀门,判断孔内是否正常涌水涌沙;步骤二:浆液桶内准备好清水,确认管路及钻孔通畅,则启动注浆工作;步骤三:向孔内缓慢压入水泥浆;步骤四:打开孔口阀门观察孔内是否涌水涌沙;步骤五:探查孔内凝固水泥界面深度,直至凝固水泥界面上升至孔口;步骤六:钻进至二开套管底部,完成封孔质量检查;由此,本发明克服现有技术的缺陷,实现孔口不出水、出沙封孔,利用小孔径钻头检查大孔径钻孔封孔质量,确保封孔质量,以及人员作业安全。

Description

煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下防治水的技术领域,尤其涉及一种煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法。
背景技术
我国华北型煤田深受底板奥灰水的威胁,其中渭北煤田开采煤层距离底板奥灰水较近,奥灰隔水层薄,断裂构造发育,加之存在导水岩溶陷落柱。其中治理奥灰岩溶导水陷落柱常采取地面注浆、注骨料(沙)的方法,治理结束后,在地面或者井下施工检查钻孔检查注浆质量。但是钻孔钻进过程仍可能钻遇水、沙,加之煤矿井下作业空间受限,封堵井下施工的此类检查钻孔一直是矿井防治水技术难题。
现阶段封堵井下涌水涌沙钻孔一般采取利用钻机向孔内压入棉被等柔性材料,或下入止浆塞、木楔等,之后采用水泥浆封堵钻孔,但是由于井下作业空间受限等,导致上述方法存在诸多不足:
(1)奥灰水单孔涌水量大于300m3/h,水压1.3MPa,孔口安装防喷分流闸阀,利用钻机从孔口压入棉被、止浆塞、木楔等,作业过程中,由于压入物与孔壁之间存在间隙,无法完全将孔内水、沙控制在孔内,导致孔口喷出大量夹杂沙粒的水,从而影响正常作业,造成作业停止。
(2)利用钻机向孔内压入木楔,压入过程中,木楔与水、沙相互作用,可能造成木楔被压坏。
(3)若克服孔口喷水、喷沙,将止浆塞成功下至套管内预定位置,之后利用地面线路向止浆塞打压至膨胀,止浆塞接手可能由于止浆塞与钻孔孔位不一致,导致止浆塞接手断裂,输气管线被高速沙子或防喷分流闸阀破坏。
(4)下入止浆塞后无法验证封孔质量。
(5)由于封孔质量的不确定性,检查封孔质量过程中可能再次出现涌水、涌沙情况。
(6)若下入止浆塞、木楔、棉被等材料后,需注入速凝水泥,对水泥凝固时间要求高。
鉴于以上缺陷,实有必要提出一种孔口不涌水、涌沙的奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔封孔技术,以克服上述技术难题。
为此,本发明的设计者有鉴于上述缺陷,通过潜心研究和设计,综合长期多年从事相关技术的经验和成果,研究设计出一种煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法,以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法,克服现有技术的缺陷,实现孔口不出水、出沙封孔,利用小孔径钻头检查封孔质量,确保封孔质量,以及人员作业安全。
为实现上述目的,本发明公开了一种煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法,其特征在于包含如下步骤:
步骤一:打开孔口阀门,判断孔内是否正常涌水涌沙;
步骤二:浆液桶内准备好清水,启动泥浆泵向孔内压入大于二级套管体积的清水,若清水能完全顺利压入孔内,确认管路及钻孔通畅,则启动注浆工作;
步骤三:向孔内缓慢压入水泥浆,直至压入大于二级套管体积的水泥浆液,关闭孔口阀门,侯凝3天;
步骤四:打开孔口阀门观察孔内是否涌水涌沙,若孔内仍涌水涌沙,则再次重复步骤二和步骤三,直至孔内无涌水涌沙;
步骤五:探查孔内凝固水泥界面深度,循环向孔内灌注浓水泥浆液,侯凝3天,直至凝固水泥界面上升至孔口;
步骤六:钻进至二级套管底部,完成封孔质量检查。
其中:步骤三中为配置水灰比大于等于1:1的水泥浆,并以118L/min的泥浆泵泵量注入。
其中:步骤六中的钻进采用ZDY-1200S钻机、50mm×1.5m钻具和60mm钻头。
通过上述内容可知,本发明的煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法具有如下效果:
1、利用泥浆泵低泵量向涌水涌沙钻孔孔内压入清水,可确保孔内通道畅通。
2、利用泥浆泵低泵量向孔内注入稀水泥浆,水灰比大于等于1:1,可缓慢注入大于套管内部体积以及注浆管线体积的水泥浆,注浆压力大于水压的2倍,以保证封孔质量。
3、本发明利用ZDY-1200S钻机、50mm钻具、60mm钻头组合检查98mm孔径钻孔封孔质量,钻头尺寸小,即使钻进检查封孔质量时孔内涌水涌沙,小孔径涌水涌沙也会大幅减小,从而确保人员作业安全。
本发明的详细内容可通过后述的说明得到。
具体实施方式
本发明涉及一种煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法。
所述煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法在确定奥灰岩溶陷落柱注浆、注骨料情况,以及陷落柱边界,分析检查孔钻遇地层情况后包含如下步骤:
步骤一:打开孔口阀门,判断孔内是否正常涌水涌沙,以避免发生沙子堵塞钻孔的情况。
步骤二:浆液桶内准备好清水,启动泥浆泵向孔内压入大于二级套管体积的清水,若清水可完全顺利压入孔内,确认管路及钻孔通畅,则启动注浆工作。
步骤三:配置水灰比大于等于1:1的水泥浆,以118L/min的泥浆泵泵量向孔内缓慢压入水泥浆,直至压入大于二级套管体积的水泥浆液,关闭孔口阀门,侯凝3天。
步骤四:打开孔口阀门观察孔内是否涌水涌沙,若孔内仍涌水涌沙,则再次重复步骤二和步骤三,直至孔内无涌水涌沙。
步骤五:探查孔内凝固水泥界面深度,循环向孔内灌注浓水泥浆液,侯凝3天,直至凝固水泥界面上升至孔口。
步骤六:采用ZDY-1200S钻机,50mm×1.5m钻具,60mm钻头等设备机具钻进至二级套管底部,完成封孔质量检查。
应用实例:
渭北某矿井基于近水平定向钻进技术治理底板奥灰水害,探查出煤层底板以下奥灰岩层存在岩溶陷落柱,认为岩溶陷落柱形态为不规则椭圆形,采取地面钻孔灌注骨料、井下钻孔注浆的方式治理岩溶陷落柱,治理结束后施工了3个常规检查钻孔,分别为1号、2号、3号钻孔,1号钻孔钻进至49.1m出现涌水涌沙,孔深为49.7m,涌水量约为300m3/h,水压为1.3MPa,2号钻孔钻进至49m出现涌水涌沙,孔深为49m,涌水量约为280m3/h,水压为1.3MPa,3号钻孔钻进至45.7m出现涌水涌沙,孔深为47.5m,涌水量约为300m3/h。
岩溶陷落柱治理工程结束后,对1号、2号、3号钻孔进行封孔,采用ZDY-4000S钻机,钻具组合为单向逆止阀+73mm外平钻杆,多次向孔内下入不同外径的木楔,不同规格的止浆塞以实现封孔,孔口均安装DN125mm防喷分流闸阀,下入木楔、止浆塞过程中,孔口大量喷水、喷沙,历次作业过程中人员均承受较大的身体、心里压力,3个钻孔封孔工期历时1年,均以失败告终。为解决该技术难题,采用本发明的技术方法对3个钻孔进行封孔,保障矿井的安全生产,实施过程如下:
1号钻孔封孔实施过程如下:
步骤一:打开1号孔孔口阀门,孔内涌水涌沙,随之关闭阀门,停待30min,使得孔内水沙处于平衡状态。
步骤二:利用泥浆泵向孔内压入0.2m3清水,泵量为118L/min,水可顺利压入。
步骤三:利用泥浆泵向孔内压入1m3水泥浆,水灰比为1:1,候凝3天后打开阀门孔内无涌水涌沙,继续候凝4天,打开阀门探水泥界面深度为自巷道底板向下4.2m。
步骤四:再次注入水泥浆0.04m3,水灰比为1:1,候凝3天后打开阀门孔内无涌水涌沙,探水泥界面深度为自巷道底板向下0.8m,继续补浓浆至孔口,候凝。
步骤五:采用ZDY-1200S钻机、Φ50mm钻具、Φ60mm钻头对1号钻孔扫孔钻进至22.5m(二级套管深度),孔内无涌水涌沙,钻孔封孔质量合格。
步骤六:注入浓水泥浆,使用水泥0.1t,完成封孔。
2号钻孔封孔实施过程如下:
步骤一:打开2号孔孔口阀门,孔内涌水涌沙,随之关闭阀门,停待30min,使得孔内水沙处于平衡状态。
步骤二:利用泥浆泵向孔内压入0.2m3清水,泵量为118L/min,水可顺利压入。
步骤三:利用泥浆泵向孔内压入0.1m3水泥浆,水灰比为2:1,候凝3天后打开阀门孔内仍涌水涌沙。
步骤四:采取向孔内压水,水可压入,随之再次注入水泥浆0.1m3,候凝4天,打开阀门后孔内无涌水涌沙,探水泥界面深度为自巷道底板向下10m。
步骤五:再次注入水泥浆0.1m3,水灰比为0.8:1,候凝3天后打开阀门孔内无涌水涌沙,探水泥界面深度为自巷道底板向下2m,继续补浓浆至孔口,候凝。
步骤六:采用ZDY-1200S钻机、Φ50mm×1.5m钻具、Φ60mm钻头对2号钻孔扫孔钻进至31.5m(二级套管深度),孔内未涌水涌沙,钻孔封孔质量合格。
步骤七:注入浓水泥浆,使用水泥0.16t,完成封孔。
3号钻孔封孔实施过程如下:
步骤一:打开3号孔孔口阀门,孔内涌水涌沙,随之关闭阀门,停待30min,使得孔内水沙处于平衡状态。
步骤二:利用泥浆泵向孔内压入0.3m3清水,泵量为118L/min,水可顺利压入。
步骤三:利用泥浆泵向孔内压入0.9m3水泥浆,水灰比为1:1,候凝3天后打开阀门孔内无涌水涌沙,继续候凝4天,打开阀门探水泥界面深度为自巷道底板向下11.1m。
步骤四:再次注入水泥浆0.1m3,水灰比为1:1,候凝3天后打开阀门孔内不出水,探水泥界面深度为自巷道底板向下0.3m,继续补浓浆至孔口,候凝。
步骤五:采用ZDY-1200S钻机、Φ50mm钻具、Φ60mm钻头对3号钻孔扫孔钻进至22.5m(二级套管深度),孔内无涌水涌沙,钻孔封孔质量合格。
步骤六:注入浓水泥浆,使用水泥0.1t,完成封孔。
由此,本发明的优点在于:
1、利用泥浆泵低泵量向涌水涌沙钻孔孔内压入清水,可确保孔内通道畅通。
2、利用泥浆泵低泵量向孔内注入稀水泥浆,水灰比大于等于1:1,可缓慢注入大于套管内部体积以及注浆管线体积的水泥浆,注浆压力大于水压的2倍,以保证封孔质量。
3、本发明利用ZDY-1200S钻机、50mm钻具、60mm钻头组合检查98mm孔径钻孔封孔质量,钻头尺寸小,即使钻进检查封孔质量时孔内涌水涌沙,小孔径涌水涌沙也会大幅减小,从而确保人员作业安全。
显而易见的是,以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过,但本发明不限制在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子,本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (2)

1.一种煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法,其特征在于在确定奥灰岩溶陷落柱注浆、注骨料情况,以及陷落柱边界,分析检查孔钻遇地层情况后包含如下步骤:
步骤一:打开孔口阀门,判断孔内是否正常涌水涌沙,以避免发生沙子堵塞钻孔的情况;
步骤二:浆液桶内准备好清水,启动泥浆泵向孔内压入大于二级套管体积的清水,若清水能完全顺利压入孔内,确认管路及钻孔通畅,则启动注浆工作;
步骤三:配置水灰比大于等于1:1的水泥浆,以118L/min的泥浆泵泵量向孔内缓慢压入水泥浆,直至压入大于二级套管体积的水泥浆液,关闭孔口阀门,侯凝3天;
步骤四:打开孔口阀门观察孔内是否涌水涌沙,若孔内仍涌水涌沙,则再次重复步骤二和步骤三,直至孔内无涌水涌沙;
步骤五:探查孔内凝固水泥界面深度,循环向孔内灌注浓水泥浆液,侯凝3天,直至凝固水泥界面上升至孔口;
步骤六:钻进至二级套管底部,完成封孔质量检查;
步骤七:注入浓水泥浆,完成封孔。
2.如权利要求1所述的煤矿井下奥灰含水层大流量涌水涌沙钻孔成套封孔方法,其特征在于:步骤六中的钻进采用ZDY-1200S钻机、50mm×1.5m钻具和60mm钻头。
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