浅谈煤矿采空区远距离定向钻进集中探放水技术

浅谈煤矿采空区远距离定向钻进集中探放水技术

赵 斌

淮北矿业集团许疃煤矿，安徽亳州 233529

摘要：本文以许疃煤矿7₂314工作面老空水探放为例，分析介绍了煤矿采空区远距离定向钻进集中探放水技术，进而为工作面安全回采提供了可靠的基础保障。

关键词：工作面；采空区；老空水；防治技术

引言：许疃煤矿7₂316风巷受上区段7₂314工作面老空水的威胁，存在大面积的积水，水头高度达到22m。该工作面要想实现安全、顺利的掘进，必须先进行探放水，以确保安全施工。对此，先进行远距离初步探测，然后再制定详细的探放水计划。经多次论证，最终决定探放水计划设计在-630m回风大巷进行远距离定向钻进集中探放7₂314采空区外段老空水，以消除安全威胁。实践证实，探放水取得了较好效果。

1.水文地质与工程概况

①水文地质。7₂316风巷掘进受上区段7₂314工作面老空水威胁，7₂314积水区积水面积达64908m²，最大积水量91930m³，水头高度为22m，其中7₂314外段老空水积水面积40928m²，积水量58240m³，水头高度为20m。7₂314里段积水面积23980m²，积水量33960m³，水头高度为22m。②工程概况。因7₂316工作面位于83_下采区下山右翼第三阶段，北到工广保安煤柱，南到采区下山保安煤柱,西邻7₂314工作面（已回采），东邻7₂318工作面（尚未准备）。工作面走向长1295～1334m，平均1314m，倾斜长201m，煤层倾角6～27°，平均15°，工作面7₂煤厚3.80～8.60m，平均4.80m。7₂316风巷沿空7₂314机巷掘进，留设净垛5m煤柱，巷道施工受7₂314老空水威胁。探放水计划设计在-630m回风大巷进行远距离定向钻进集中探放7₂314采空区外段老空水。

2.探放水钻孔设计

①设计目的与基本原则。本次探放水的目的：探放7₂314外段老空水，确保7₂316外段风巷安全掘进。探放水基本原则：在-630m回风大巷H34点后48m探放水钻场（钻中）内施工探放水工程，钻场内暂布置1个定向钻孔对7₂314外段老空水进行岩巷远距离定向钻进集中探放。钻孔布设方案：钻孔设计1个主孔，终孔7₂314机巷J38点向里18m巷道顶板上3m（冒落带层位）位置，设计钻探工程量714m，后期在主孔内施工分支孔探放7₂314外段老空水剩余积水。

②钻孔结构和基本参数。预计探放7₂314外段老空水钻孔开孔处水头高度为83m，最大静水水压0.83Mpa。根据《煤矿防治水细则》第48条和《关于印发淮北矿业老空水防治特别规定的通知》要求，7₂314外段老空水积水位置清楚，采取岩巷远距离超前集中探放的方式，钻孔应下置φ146mm止水套管不小于10m，考虑到钻孔开孔初期穿7₂煤顶板煤线（厚1.77m），设计下置止水套管长度穿过7₂煤顶板煤线5m，套管长度约35m。开孔用φ89mm钻杆配合φ120mm钻头钻进，用φ153mm扩孔，0～35m为φ153mm孔径，下置φ146mm止水套管，以下为φ120mm裸孔。探放水设计1个主孔，工程量714m，测斜深度不小于设计孔深的80%。

③单孔涌水量计算。采用长管简单管道法估算单孔的涌水量，即Q为：

（1）

式中：Q为钻孔涌水量(m³/s)；H为水头高度，取83.0m；d为钻孔孔径（m），按孔径φ120mm计算；l为钻孔深度（m），按孔深714m计算。如此经计算，单孔涌水量约106.9m³/h。孔口安装闸阀实现可控放水。

3.钻探施工技术要求

①工程施工过程中，单台钻机每班作业持探放水证件人员不得少于2人。②由测量人员依据设计现场标定探放水钻孔位置，与负责探放水工作的人员共同确定钻孔的方位及数量。③下套管前彻底冲洗干净孔内岩粉，以防止因岩粉未冲净而造成套管下不到设计深度，固管使用P.O42.5普通硅酸盐水泥充实整个钻孔，待凝固48h后，方可扫孔。④回转扫孔并进尺0.5m后，采用压水的方式进行套管耐压试验，试验稳定压力不小于2Mpa，稳定时间30min以上，钻孔周边无渗漏和套管无松动或顶出现象为合格。耐压试验合格后，孔口管加装抽采器、高压闸阀及水压表，然后用φ120mm的钻头钻进至7₂314外段采空区。耐压试验不合格必须重新固管。⑤严格按照设计施工，均压匀速，确保钻孔施工质量。⑥施工单位要认真填写原始记录，钻孔施工结束后，施工单位要把原始记录资料交到地测科。开孔、止水套管做耐压试验、钻孔终孔时均要通知地测科人员到现场验收并签字。下置止水套管由地测科人员到现场验收或视频展示验收。⑦为防止新鲜空气进入采空区造成采空区遗煤自燃。钻孔提钻后放水孔的套管外接一个排水口为U型的放水管路，让积水从U型管路放出。放水结束后，钻孔留设为动态水疏放孔。⑧钻孔施工过程中要记录钻孔出水点位置、涌水量及岩性。放水期间监测放水钻孔出水情况测定水量及水压，并做好记录。⑨如需要补孔，以地测科联系单为准。

4.施工安全注意事项

①施工时，由通风区负责保证施工地点供水能力不低于25m³/h。②钻机安装前，应先检查钻场支护、通风、瓦斯等情况，发现问题及时处理。③钻机周围要有足够的安全间隙，满足人员活动及紧急情况时的避灾通道。④钻机支撑上端与顶板打牢。下端打在钻机底座固定装置上，压车柱必须打设牢固有力。每根单体需要防倒绳系牢，防倒绳在顶板固定点上要生根牢固。⑤电器设备的安装，必须符合《煤矿安全规程》和有关规定，水压、电源开关等均应良好，符合要求。⑥变速箱及油箱内的油位应合适，安全防护罩及防尘盖必须齐全。⑦施工人员严禁戴毛巾作业，以防钻机缠绕伤人。⑧加强钻机设备维修、保养，液压管路接头质量符合要求，高压管路接头必须固定。⑨风管、水管、油管及电缆吊挂整齐，钻杆上架、码放整齐。风、水管接头必须用专用U型卡卡牢。⑩开始施工前必须保证排水系统通畅，否则严禁施工。⑾调试钻机时，注意观察各转动部分运转是否正常，开关启动应灵活可靠，发现不符合规定的，必须进行处理或更换，钻机空载运行10min，确认无隐患后，方可开始施工。

5.探放水效果验证

老空水探放效果验证应当核算放水量，无水源补给时，检验指标为放水钻孔经透孔无水；有水源补给时，放水钻孔经透孔证实放水量衰减至与补给水量达到动态平衡并保持正常放水。按照设计计划，在保障安全的前提下，实施探放水措施，最终圆满的实现了所期望的目标。

结论：①通过水文地质探查、水位观测、水质分析和工程验证，查明了突水水源状况；②通过水位变化和水质分析，判断出突水水源的构成，进而为针对性的防治提供指导。③通过以“疏”为主、“排、探、沉、挖”相结合的综合治理方案，成功治理了本次老空积水，确保了工作面安全回采。

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