综采工作面地表水源井封堵施工技术

河东煤田泰山隆安矿为资源整合矿井，井田面积20.32 km2，核定生产能力 2.4 Mt/a，开采深度为 680～1 180 m 标高。矿井地质构造及水文地质类型均划分为中等，现开采井田西部 8 号煤层二采区 8201 综采工作面。

1工程概况

1.1 水井参数水源井位于 8201 综采工作面上部，供村民日常生活饮水使用，井口标高 1 031 m，深度 530 m，水位标高 824 m，水位埋深 207 m，出水量 20 m3 /h。

1.2 水井成井情况

1.2.1 井径 井管结构

根据该区的地层及含水情况，该井施工的实际井径、井管结构见表 1。

1.2.2 水井各主要地层结构

自地表至孔深 80 m 为第四系粉质黄土;80 m 至孔深 160 m 为二迭系山西组地层，主要岩性为页岩、煤层及含砾砂岩;160 m 至孔深 254 m 为石炭系太原组地层，主要岩性为页岩、煤层及砂岩;254 m 至孔深300 m 为石炭系本溪组地层，主要岩性为铝土矿、页岩及灰岩;下部为奥陶系地层，300 m 至孔深 330 m 要岩性为峰峰组白云岩、灰岩，下部主要岩性为上马家沟组灰岩及白云岩[1]。

1.3 水井压煤损失

对水井采用垂直剖面法计算压煤量，实地踏勘确认受保护面长为 5.5 m，宽为 3.5 m，围护带宽度采用Ⅲ级保护，留设 10 m。表土层厚度、基岩段厚度及煤层厚度均参考邻近钻孔 ZK39- 3 资料。

2 封堵井技术装备

钻孔施工主要使用 17.5 m 钢质四角钻塔、TXB-1000A 钻机、NBB250/60 泥浆泵造浆主要设备：50 t 散装水泥罐 1 台，一次搅拌机(容量 1.5 m3和二次搅拌机 (容量 3 m)3各 1 台，水量达 20 m3 /h 的供水设备 1 台，NBB250/60 泥浆泵 1 台。

3 封堵井主要技术措施

3.1 提升水管 水泵

在架设井架前，先采取稳妥措施将井内水泵及水管全部提出地面。

3.2 钻探并冲孔

a) 钻塔和钻探设备的安装必须周正、紧固，钻塔天轮中心、钻机立轴轴心和钻孔中心必须在一条铅垂线上。b) 首先用 Φ250 mm 无心钻头探孔，摸清孔内情况，尤其是二级套管上口位置;然后用 Φ191 mm 钻头

冲扫孔，要求冲扫孔深度为 530 m(终孔位置)[2- 3]。c) 用Φ191 mm 钻头冲扫到孔底并冲净孔内岩粉。冲孔过程中必须保证泥浆泵的正常使用，满足冲洗液携带岩粉对泵量的需要。当发现岩粉在孔内堆积超过 1 m 时，要采取措施专门捞取，防止因泵量不足或岩粉太多造成埋钻事故。d) 用注浆泵向孔内压水，进行注水试验，要求注水时随时观测注浆压力的变化情况，注水结束后定时进行水位观测，详细记录水位变化情况，比较

注水前、后的水位是否有差异，并根据水位变化情况计算孔内受注量，为以后对奥灰层注浆提供依据。

3.3 测井

采用专业测井工具对水井深度、各段井径、井筒内套管段进行准确测定，为注浆封井提供准确依据。3.4 下止水塞用 Φ60 mm 的钻杆将 Φ240 mm 的止水塞下至孔

内，用钻具将止浆塞拉紧。

3.5 封闭裸孔段

采用注浆方式对井底至上部裸孔段进行封闭。

3.6 切割套管

在峰峰组顶部位置割管，判断割管成功后下止水塞进行压力注浆，注浆 24 h 后检查封堵效果，合格后进行下一施工步骤。在 13 号煤层底板以下 10 m 位置割管，判断割管成功后进行压力注浆，注浆 24 h 后检查封堵效果，合格后全孔封闭。

3.7 注浆施工

3.7.1 地面造 注浆系统

为了保证对奥灰含水层大量连续注浆，应在地面钻孔附近建立临时简易造、注浆系统。造浆系统主要包括一次搅拌机 1 台、二次搅拌池 1 个、清水池 2 个，注浆系统主要由注浆泵 2 台 (1 台使用、1 台备用)、注浆用高压管路若干、井口连接件等构成密闭的高压系统。注浆站应建在交通便利位置。注浆站内应设立电源站，电源站总功率不得小于注浆主要设备的总功率，即不得小于 80 kW。注浆站应设立供水系统，该系统供应水量不得小于 30 m3 /h。注浆站设有良好的排污系统。

3.7.2 注浆工艺流程

注浆工艺流程为：注水试验→造浆→注浆→达到终压标准→停止注浆，清洗注浆泵、输浆管路→冲洗泵缸并清洗搅拌机，准备下次注浆。注浆前压清水至少 30 min，视钻孔吸水量及泵压确定初始注浆浓度。造浆：按不同的水灰质量比造浆，待搅拌均匀后，方可放浆至二次搅拌贮浆池内。放浆时过筛，其筛孔网度不大于 5 mm，并及时将筛内脏物倒出。注浆：总体原则是先稀、后浓、再稀。注清水稳压，目的是使孔内浆液脱水固结，预防返浆，同时也冲洗注浆泵及管路，其稳压时间为 20～30 min。注浆后，先停泵再关闭孔口闸阀，然后冲洗注浆泵及输管路，直至水清为止。拆卸注浆泵的缸体再次检查并冲洗，不准留有残留物[4- 5]。注浆结束后，按各自岗位将设备及废弃物清理干净，保持清洁卫生。

3.7.3 注浆材料

主要选用质量合格的 425# 普通硅酸盐水泥，必要时可加入锯末等软骨料。

3.7.4 注浆结束标准

为了保证奥灰含水层注浆过程的安全和效果，必须对本次注浆的压力进行严格控制，注浆结束标准确定为注浆泵量小于 50 L/min，泵压不小于 3 MPa。

3.7.5 注浆参数

设计以单液水泥浆为主，可根据注浆情况适当加入锯末软骨料。

现场配浆浓度的检验采用比重计测量法，即使用波美度计，对配置的每罐浆液都必须及时测量，及记录，并随时通知配浆人员，以保证配置出符合规定和要求的水泥浆液。要求配置的水泥浆液比在 1.2∶1～1.7∶1 之间。应该对每批需要注入的水泥质量现场进行简单的凝固实验。按照注浆确定的水泥浆浓度进行抽样检验，并详细记录初凝和随时间变化的凝固情况，为注浆操作提供依据。

4 经济分析

经计算，水井压煤量共计 1.734 9×106 t，可产生经济效益约 5.2×108 元，而封堵水井及异地新建的费用仅为 1.27×106 元，可见压煤经济效益远大于封堵及新建水井产生的费用，因此封堵水井对泰山隆安矿具有深远意义。