疏放水孔在阜生煤業(yè)排水系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

巨亞靜

（潞安集團(tuán)阜生煤業(yè)有限公司，山西 左權(quán) 032600）

山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司由原山西左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司、原山西左權(quán)鑫森煤業(yè)有限公司及部分新增區(qū)塊進(jìn)行兼并重組整合而成。整合后煤礦井田面積5.8135 km2，批準(zhǔn)開采15號煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.20 Mt/a，服務(wù)年限13.8年,劃分為2個(gè)采區(qū)。礦井于2016年12月21日通過竣工驗(yàn)收工作。

在建設(shè)中，礦井采區(qū)巷道沿煤層下山掘進(jìn)后，坡度較大，造成排水系統(tǒng)需要配備大功率、大揚(yáng)程的水泵。由于排水高程大、排水線路長，排水泵及排水管路能力沿途損耗大，長時(shí)間損耗造成排水設(shè)備能力不足，進(jìn)而影響整個(gè)采區(qū)排水能力。因此，如何升級、改造礦井一采區(qū)排水系統(tǒng)成為該礦井防治水工作的一個(gè)難題。

1 排水系統(tǒng)改造實(shí)施背景

阜生煤業(yè)公司礦井水文地質(zhì)類型為中等型,礦井防治水工作難易程度為中等。礦井在建設(shè)過程中，正常涌水量約33.4m3/h，最大涌水量約38.7m3/h。按照比擬法預(yù)測，產(chǎn)量達(dá)到1200 kt/a，預(yù)計(jì)礦井正常涌水量為137.5m3/h，最大涌水量為170.83m3/h。一采區(qū)接近原整合前礦井采空區(qū)。因此，老空積水成為阜生煤業(yè)防治水工作的重中之重。

礦井主水倉設(shè)計(jì)選用三臺(tái)DF280-43×8型煤礦用耐腐蝕離心水泵，額定流量Qe=280m3/h，額定揚(yáng)程He=344 m，允許吸上真空度Hst=4.5 m。配套電動(dòng)機(jī)功率450 kW，吸水管計(jì)算管徑為d2=d1＋0.025=0.242 m，選用Φ245mm×7mm型無縫鋼管。兩趟排水管路，沿副井井筒敷設(shè)至地面水處理站調(diào)節(jié)池，管路長800 m。

一采區(qū)水倉設(shè)計(jì)容量為510m3，利用三臺(tái)MD85-45×9型離心水泵，額定流量為85m3/h，額定揚(yáng)程為405 m，配套160 kW隔爆型電動(dòng)機(jī)，排水管路選用兩趟鋼管（分別為Φ125mm與Φ100 m鋼管）進(jìn)行排水，每趟管路長度630 m。

根據(jù)礦井采掘銜接安排，1103及1105工作面采掘在即，但一采區(qū)水倉存在排水路線長、排水高度落差大、水倉清挖困難，使一采區(qū)的排水系統(tǒng)抗災(zāi)害能力極大降低。在全國煤炭行業(yè)不景氣的今年，作為山西省首批資源整合礦井，排水設(shè)備維護(hù)費(fèi)用無疑使企業(yè)雪上加霜，并且一旦涉及到設(shè)備更換和工作面涌水量急劇增大的情況下（該礦1103工作面曾發(fā)生水害事故），一采區(qū)水倉排水系統(tǒng)將面臨極大挑戰(zhàn)。

2 排水系統(tǒng)改造內(nèi)容及目標(biāo)

2.1 簡化方案

為提高安全系數(shù)，減少成本投資，確保采掘銜接工作的順利進(jìn)行，經(jīng)過方案對比，決定利用采區(qū)水倉距主水倉水平距離近、高差大的特點(diǎn)，在一采區(qū)水倉至主水倉間施工疏放水鉆孔，全孔下套管，使一采區(qū)涌水全部自流至主水倉，簡化一采區(qū)排水系統(tǒng)，降低礦井排水系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用，增強(qiáng)抗災(zāi)能力，要求：

（1）如何確保實(shí)施一個(gè)長達(dá)117 m的鉆孔，保證終孔位置準(zhǔn)確無誤的到達(dá)一采區(qū)水倉指定位置；

（2）一采區(qū)水倉內(nèi)積水如何僅通過疏放水孔流出，又不經(jīng)裂隙滲透到巖層中，對疏放水孔及周邊巖層的穩(wěn)定性不造成影響。

2.2 目標(biāo)

通過實(shí)施一采區(qū)水倉疏放水鉆孔工程，達(dá)到一采區(qū)水直流至主水倉，減少排水管路排水壓力，有效降低一采區(qū)水倉排水設(shè)備維護(hù)費(fèi)、電費(fèi)、人工費(fèi)等，提高一采區(qū)排水能力，增強(qiáng)采區(qū)水倉抗水害能力。

3 疏放水鉆孔設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

經(jīng)過地質(zhì)勘查，鉆探施工地點(diǎn)位于主水倉通道處，地質(zhì)條件較簡單，開孔為石灰?guī)r，鉆孔依次經(jīng)過石灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖、15#煤層,終孔位于一采區(qū)水倉內(nèi)。施工地點(diǎn)不受其它異常地質(zhì)構(gòu)造影響。

3.2 疏放水鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)井下導(dǎo)線復(fù)核，提出《一采區(qū)水倉疏放水鉆孔設(shè)計(jì)》方案，礦井主水倉車場繞道開孔點(diǎn)標(biāo)高963.020 m，一采區(qū)水倉終孔點(diǎn)標(biāo)高 997.895 m，設(shè)計(jì)疏放水鉆孔長度117 m，鉆孔孔徑Φ146mm，終孔排水方式為自流，設(shè)計(jì)鉆孔排水量130m3/h。

（1）鉆孔布置

a、設(shè)計(jì)鉆孔數(shù)量1個(gè)，開孔及終孔孔徑為Φ159mm，全孔下Φ146mm套管，孔口變徑安裝6寸閥門。

b、考慮到施工過程中鉆孔中間位置會(huì)有彎度，下不進(jìn)鋼管部分用塑料管材替代，但應(yīng)盡量減少塑料管材長度。

c、根據(jù)測量資料，鉆孔設(shè)計(jì)傾角為+18°，實(shí)際施工角度+19°11′38″，設(shè)計(jì)孔深117 m。

d、根據(jù)涌水量預(yù)測，鉆孔施工過程中預(yù)測單孔涌水量最大為5m3/h。

（2）施工技術(shù)要求

a、鉆孔開孔前，由測量技術(shù)人員利用測量儀器現(xiàn)場標(biāo)定鉆孔開孔方位、傾角。

b、鉆孔開孔位置位于主水倉通道與車場繞道連接處。

鉆孔設(shè)計(jì)見圖1，參數(shù)如表1所示。

圖1 主水倉疏水鉆孔設(shè)計(jì)

表1 鉆孔施工技術(shù)參數(shù)

c、為確保鉆孔成型及減小鉆孔軌跡偏移，鉆探過程中，每鉆進(jìn)2 m取芯一次，直至鉆孔施工完畢；由施工方根據(jù)鉆進(jìn)情況，及時(shí)測量鉆孔偏斜，調(diào)整鉆孔鉆進(jìn)方向，確保鉆孔終孔位置打到一采區(qū)水倉指定位置。

d、鉆進(jìn)時(shí)給壓均勻，壓力不得忽大忽小，速度、壓力根據(jù)巖性合理選定。

3.3 排水系統(tǒng)改造施工總結(jié)

焦作市安誠水文地質(zhì)工程有限公司于2017年1月5日，開始在主水倉實(shí)施鉆孔施工任務(wù)，使用ZDY-3200液壓鉆機(jī)的鉆機(jī)，取芯鉆頭，每鉆進(jìn)2～3 m取芯一次，通過取芯鉆頭的再次鉆進(jìn)調(diào)整方位角，降低誤差，確保終孔位置的準(zhǔn)確性。全孔安裝特制鋼套管（防止使用過程中出現(xiàn)塌孔堵水），并用水泥砂漿對套管進(jìn)行封孔固管，利用高差通過疏放水鉆孔排水孔位置處的漏斗裝置進(jìn)行過濾和排水。

施工地點(diǎn)：主水倉通道；疏水鉆孔施工長度：117 m；孔徑：146mm；排水方式：自流；排水量：130m3/h，實(shí)際鉆孔仰角+19°11′38″。

截至2017年1月25日，完成主水倉通道至一采區(qū)水倉的鉆孔工作，該項(xiàng)排水系統(tǒng)改造工程基本達(dá)到預(yù)期結(jié)果，1月27日完成孔內(nèi)套管安裝及孔口裝置安裝工作，并測壓成功。經(jīng)實(shí)際排水試驗(yàn)，排水效果良好。

4 疏放水孔應(yīng)用在排水系統(tǒng)改造中的效果及意義

通過實(shí)施一采區(qū)水倉疏放水孔，使原一采區(qū)水倉僅作為涌水沉淀池使用，原使用的多臺(tái)水泵、供電線路、排水管路、開關(guān)等設(shè)施作備用。采區(qū)排水工由原每班兩名專職改為每班巡視檢查一次。自使用一采區(qū)水倉疏放水鉆孔后，截至2017年3月，阜生煤業(yè)僅一采區(qū)排水系統(tǒng)節(jié)省電費(fèi)約2.7萬元、人工費(fèi)約2.1萬元、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用約0.5萬元及安全成本約4.7萬元。

此排水系統(tǒng)改造方案的實(shí)施，不僅解決了一采區(qū)水倉存在排水路線長、排水高度落差大、水倉清挖困難、排水設(shè)施不健全及人工排水帶來的安全問題，同時(shí)解放了勞動(dòng)力，極大降低了人工耗費(fèi)及設(shè)備維護(hù)，并且提高了1103工作面和1105工作面的抗水災(zāi)能力，為該礦一采區(qū)防治水的安全工作提供了可靠保障。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)泵排水相比，通過施工疏放水鉆孔可解決礦井排水系統(tǒng)中排水高度落差大、排水線長的問題，極大提高了礦井排水能力及效率，大大減少了人力、物力及設(shè)備損耗投資，

該項(xiàng)工程屬集團(tuán)公司內(nèi)部領(lǐng)先水平，該技術(shù)具有投入少見效快、采區(qū)排水穩(wěn)定安全、減化采區(qū)排水系統(tǒng)等特點(diǎn)。對礦井采區(qū)位于井底水平大巷標(biāo)高以上、距離近，坡度大的類似情況的礦井，可比照實(shí)施采區(qū)疏水鉆水。