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[摘 要] 国投新集能源股份有限公司新集一矿北中央采区地面瓦斯抽放孔处在下伏11-2煤工作面采后塌陷范围之内，受其影响，地表水及上部含水层水将可能通过钻孔向矿井溃入井下，导致井下水害事故发生，需进行封闭。但是，由于钻孔受11-2煤采动影响，钻孔存在套管破损不易封闭，且封闭过程中因孔内高浓度瓦斯易发生瓦斯事故等危害，本文通过分析钻孔结构和钻孔封闭过程中存在隐患，采取了测气、切管、测漏、小泵量间歇式分段注浆等工艺流程，确保了抽排孔安全封闭，为矿区相似条件下钻孔封闭提供了技术依据。
[关键词] 瓦斯抽排孔 地面沉降 封闭工艺
中图分类号： P634.5 文献标识码： A 文章编号：
0 概述
随着矿井开采深度的不断增加，高瓦斯压力危害越来越严重，尤其是在开采高瓦斯、低透气煤层群时瓦斯灾害更为突出。新集一矿为解决北中央采区13-1煤层开采时，瓦斯涌出量大，煤与瓦斯突出危险性大的问题，结合保护层开采，采用地面钻井群孔预抽11-2煤采动区及上覆13煤层瓦斯技术，在北中央采区共施工了8个地面瓦斯抽排孔，为北中央采区13-1煤层安全开采，提供了技术保障。尽管采用地面钻井抽放上覆远距离采动区中组煤瓦斯取得了成功，达到较好的抽放效果，但是，由于下部11-2煤煤层的开采，地表已经发生大幅沉降，有6个孔均处于地面塌陷范围之内，存在地面瓦斯抽排孔孔内套管破损，钻孔不易封闭，造成孔内、外含水层之间的发生水力联系、地表水及上部含水层水通过钻孔向矿井溃入井下，导致井下水害事故，为此，必须对地面瓦斯抽排孔封闭工艺进行专门研究，确保地面瓦斯抽排孔安全封闭。
1 钻孔结构
北中央采区8个地面瓦斯抽排孔的最小深度为485米，最大深度为545米，钻孔结构为：第一路D245x10mm护壁套管下至基岩界面以下30～50米，第二路D177.8x10mm套管从地表开始下至13-1煤上部15米，然后再下第三路D139.7x10mm飞管至11煤上部约20米，D139.7x10mm过滤管上口与高出D177.8x10mm套管底口15米（见剖面图）。
2 施工存在隐患
1、由于本区段底部11-2煤均已采空，D139.7x10mm过滤管所处位置在11-2煤上部冒落裂隙影响带范围之内，受11-2煤采动影响，过滤管部位岩层裂隙十分发育，孔底没有积水。每个孔孔底过滤管部位的实际注浆量要远大于理论计算之注浆量，浆液部分漏失。
2、由于11-2煤层采动，原始地应力失衡，瓦斯抽排孔受地应力变化的影响，均有不同程度破坏，原孔中套管挤压、弯曲、变形严重，甚至有开裂或挫断的可能。从判断破坏部位以下，套管内实际注浆量要超过理论计算注浆量。
3、尽管地面瓦斯抽排孔使用的套管均为加厚石油专用套管，钢材质量好、厚度大、抗压、抗剪等综合抗破坏变形性能强，但这些孔的套管受下伏11-2煤采动影响均有不同程度的破坏，预计破坏弯曲变形较为严重部位应在基岩界面以下基岩风化带往上孔段。
4、地面瓦斯抽排孔孔内存在高浓度瓦斯，在钻孔封闭的过程中，易产生火花，可能导致瓦斯事故。
3 施工方案
3.1 技术原则
根据各孔自身条件及孔内现状，坚持先堵漏后封孔、分段注浆、分段探查的原则。
3.2 技术方案
1、首先测试管内瓦斯气体浓度、压力及涌出量。
2、隔离孔内气体，在隔离部位以上切割井口管。
3、进行简易注水试验。
4、探测钻孔套管是否脱节或挫断。
4 施工工艺
1、首先测试管内瓦斯气体浓度、压力及涌出量，根据瓦斯浓度、压力及涌出量确定下一步工作方案。
2、如果孔内瓦斯涌出压力不大，可将草把或软木塞用細钢丝绳系牢，放至管内预计切割部位以下1m处，上部用较稀的水泥浆封闭，水泥浆柱高度约20～30cm，待其初凝后在测试一遍管内瓦斯气体的浓度，如果没封好则需重新封闭，如果封闭效果较理想，则可转入下一步工序。
3、将水泥柱塞上部灌满水，同时观测管内水位下降情况以及有无气泡连续冒出。
4、确认无危险即可实施孔口管切割。
5、做简易注水试验：向孔内注水，如果能注满或者虽然注不满但孔内仍能测到水位时，则用测钟或万用表简单测量孔内水位变化情况并记录，根据水位下降速度，可每隔2～5分钟测量一次，连续观测时间应不少于30分钟；如果所注得水全部漏失掉，无法观测孔内水位则不记录。
5、探测孔内情况，用钻具或用钢丝绳带重锤探测孔内情况及孔的实际深度并做好记录。探测孔内情况时，全过程用工业用强力排风扇吹散孔内逸出的气体。
6、如经探测井管脱节或挫断，注浆管无法下到指定部位或者无论采取何种手段都不能将过滤管部位裂隙或空洞注满，则应将脱节、挫断部位以上或者筛管顶部变径部位以上用水泥浆封闭，避免底部煤层开采时，上部岩层水通过该井管部位溃入矿井。
7、根据探测结果，合理修正施工方案，核算封孔用水泥量。
8、注浆、记录注浆料的用量和注浆管深度、探测注浆面、再注浆；
9、若底部裂隙、空洞发育，水泥浆或水泥砂浆全部漏失，无法注满，可投入颗粒相对较大骨料已达到填塞裂隙的目的。
10、注浆分段注浆，先封下段，然后进行取样检查，合格后，再进行全孔封闭。
5 注浆方法
1、间歇性分段注浆。每次注入一定数量浆液后即停泵侯凝，再注浆前先行探测前段注浆顶面，实际用浆量与理论用浆量校核，对注浆效果检验、评价，以便确定下次注浆管下入位置，有效控制注浆量。
2、为确保注浆封闭质量，采用小泵量连续作业法，控制泵量，浆液注入速度控制在50L/min以内，靠水泥浆自身重力迅速下渗，不易造成孔内缩颈处悬空、“架桥”，保证孔内每一处空隙都充满浆液。
3、各孔孔底均有不同漏失，浆液漏失的过程，也就是封堵充填裂隙的过程。本着“先注浆堵漏，后注浆封孔”的原则，在本次注浆过程中始终没有使用颗粒较大的骨料充填缝隙，仅在每个孔最初注浆时，浆液中兑入适量的速凝剂，同时适当降低了砂子的使用比例，确保浆液的流动性以适应注浆泵输送，采取少量、多次、小压力渗透注浆的办法，有效封堵漏失裂隙。
6 几点认识
1、通过钻孔分段注浆取样检查来看，采取的施工工艺是科学的、可靠的，为矿区相似条件下钻孔封闭提供了技术依据。
2、通过采取钻具或用钢丝绳带重锤探测孔内情况，发现套管多在在松散层段和坚硬基岩段发现断裂和错位，表现为弯曲、变形、内径狭窄或孔内有零星似水泥固结物，钢丝绳带Φ50mm×500mm探头探孔多表现为不通畅。分析其原因应为套管在松散层段和坚硬基岩段受力大小和方向差异所致。
3、由于钻井受采动影响不同程度遭到破坏，注浆管无法顺利下到井底，为确保浆液靠重力下渗通畅，宜干孔注浆，不宜先灌水后注浆。
4、注浆配料颗粒不宜太粗，注浆速度不宜过快，避免造成孔内悬空“架桥”，确保封闭质量。
5、底部注浆时宜加入适量速凝剂，以达到迅速封堵裂隙的目的。
[关键词] 瓦斯抽排孔 地面沉降 封闭工艺
中图分类号： P634.5 文献标识码： A 文章编号：
0 概述
随着矿井开采深度的不断增加，高瓦斯压力危害越来越严重，尤其是在开采高瓦斯、低透气煤层群时瓦斯灾害更为突出。新集一矿为解决北中央采区13-1煤层开采时，瓦斯涌出量大，煤与瓦斯突出危险性大的问题，结合保护层开采，采用地面钻井群孔预抽11-2煤采动区及上覆13煤层瓦斯技术，在北中央采区共施工了8个地面瓦斯抽排孔，为北中央采区13-1煤层安全开采，提供了技术保障。尽管采用地面钻井抽放上覆远距离采动区中组煤瓦斯取得了成功，达到较好的抽放效果，但是，由于下部11-2煤煤层的开采，地表已经发生大幅沉降，有6个孔均处于地面塌陷范围之内，存在地面瓦斯抽排孔孔内套管破损，钻孔不易封闭，造成孔内、外含水层之间的发生水力联系、地表水及上部含水层水通过钻孔向矿井溃入井下，导致井下水害事故，为此，必须对地面瓦斯抽排孔封闭工艺进行专门研究，确保地面瓦斯抽排孔安全封闭。
1 钻孔结构
北中央采区8个地面瓦斯抽排孔的最小深度为485米，最大深度为545米，钻孔结构为：第一路D245x10mm护壁套管下至基岩界面以下30～50米，第二路D177.8x10mm套管从地表开始下至13-1煤上部15米，然后再下第三路D139.7x10mm飞管至11煤上部约20米，D139.7x10mm过滤管上口与高出D177.8x10mm套管底口15米（见剖面图）。
2 施工存在隐患
1、由于本区段底部11-2煤均已采空，D139.7x10mm过滤管所处位置在11-2煤上部冒落裂隙影响带范围之内，受11-2煤采动影响，过滤管部位岩层裂隙十分发育，孔底没有积水。每个孔孔底过滤管部位的实际注浆量要远大于理论计算之注浆量，浆液部分漏失。
2、由于11-2煤层采动，原始地应力失衡，瓦斯抽排孔受地应力变化的影响，均有不同程度破坏，原孔中套管挤压、弯曲、变形严重，甚至有开裂或挫断的可能。从判断破坏部位以下，套管内实际注浆量要超过理论计算注浆量。
3、尽管地面瓦斯抽排孔使用的套管均为加厚石油专用套管，钢材质量好、厚度大、抗压、抗剪等综合抗破坏变形性能强，但这些孔的套管受下伏11-2煤采动影响均有不同程度的破坏，预计破坏弯曲变形较为严重部位应在基岩界面以下基岩风化带往上孔段。
4、地面瓦斯抽排孔孔内存在高浓度瓦斯，在钻孔封闭的过程中，易产生火花，可能导致瓦斯事故。
3 施工方案
3.1 技术原则
根据各孔自身条件及孔内现状，坚持先堵漏后封孔、分段注浆、分段探查的原则。
3.2 技术方案
1、首先测试管内瓦斯气体浓度、压力及涌出量。
2、隔离孔内气体，在隔离部位以上切割井口管。
3、进行简易注水试验。
4、探测钻孔套管是否脱节或挫断。
4 施工工艺
1、首先测试管内瓦斯气体浓度、压力及涌出量，根据瓦斯浓度、压力及涌出量确定下一步工作方案。
2、如果孔内瓦斯涌出压力不大，可将草把或软木塞用細钢丝绳系牢，放至管内预计切割部位以下1m处，上部用较稀的水泥浆封闭，水泥浆柱高度约20～30cm，待其初凝后在测试一遍管内瓦斯气体的浓度，如果没封好则需重新封闭，如果封闭效果较理想，则可转入下一步工序。
3、将水泥柱塞上部灌满水，同时观测管内水位下降情况以及有无气泡连续冒出。
4、确认无危险即可实施孔口管切割。
5、做简易注水试验：向孔内注水，如果能注满或者虽然注不满但孔内仍能测到水位时，则用测钟或万用表简单测量孔内水位变化情况并记录，根据水位下降速度，可每隔2～5分钟测量一次，连续观测时间应不少于30分钟；如果所注得水全部漏失掉，无法观测孔内水位则不记录。
5、探测孔内情况，用钻具或用钢丝绳带重锤探测孔内情况及孔的实际深度并做好记录。探测孔内情况时，全过程用工业用强力排风扇吹散孔内逸出的气体。
6、如经探测井管脱节或挫断，注浆管无法下到指定部位或者无论采取何种手段都不能将过滤管部位裂隙或空洞注满，则应将脱节、挫断部位以上或者筛管顶部变径部位以上用水泥浆封闭，避免底部煤层开采时，上部岩层水通过该井管部位溃入矿井。
7、根据探测结果，合理修正施工方案，核算封孔用水泥量。
8、注浆、记录注浆料的用量和注浆管深度、探测注浆面、再注浆；
9、若底部裂隙、空洞发育，水泥浆或水泥砂浆全部漏失，无法注满，可投入颗粒相对较大骨料已达到填塞裂隙的目的。
10、注浆分段注浆，先封下段，然后进行取样检查，合格后，再进行全孔封闭。
5 注浆方法
1、间歇性分段注浆。每次注入一定数量浆液后即停泵侯凝，再注浆前先行探测前段注浆顶面，实际用浆量与理论用浆量校核，对注浆效果检验、评价，以便确定下次注浆管下入位置，有效控制注浆量。
2、为确保注浆封闭质量，采用小泵量连续作业法，控制泵量，浆液注入速度控制在50L/min以内，靠水泥浆自身重力迅速下渗，不易造成孔内缩颈处悬空、“架桥”，保证孔内每一处空隙都充满浆液。
3、各孔孔底均有不同漏失，浆液漏失的过程，也就是封堵充填裂隙的过程。本着“先注浆堵漏，后注浆封孔”的原则，在本次注浆过程中始终没有使用颗粒较大的骨料充填缝隙，仅在每个孔最初注浆时，浆液中兑入适量的速凝剂，同时适当降低了砂子的使用比例，确保浆液的流动性以适应注浆泵输送，采取少量、多次、小压力渗透注浆的办法，有效封堵漏失裂隙。
6 几点认识
1、通过钻孔分段注浆取样检查来看，采取的施工工艺是科学的、可靠的，为矿区相似条件下钻孔封闭提供了技术依据。
2、通过采取钻具或用钢丝绳带重锤探测孔内情况，发现套管多在在松散层段和坚硬基岩段发现断裂和错位，表现为弯曲、变形、内径狭窄或孔内有零星似水泥固结物，钢丝绳带Φ50mm×500mm探头探孔多表现为不通畅。分析其原因应为套管在松散层段和坚硬基岩段受力大小和方向差异所致。
3、由于钻井受采动影响不同程度遭到破坏，注浆管无法顺利下到井底，为确保浆液靠重力下渗通畅，宜干孔注浆，不宜先灌水后注浆。
4、注浆配料颗粒不宜太粗，注浆速度不宜过快，避免造成孔内悬空“架桥”，确保封闭质量。
5、底部注浆时宜加入适量速凝剂，以达到迅速封堵裂隙的目的。