井下定向疏放水技術(shù)在梅花井煤礦的應(yīng)用

國(guó)能寧夏煤業(yè)能源工程公司環(huán)安分公司 寧夏 銀川 751100

0 概述

隨著礦井采掘工作的不斷開(kāi)展,采掘工作時(shí)受工作面煤層頂板砂巖富水層影響越來(lái)越明顯,甚至出現(xiàn)多次頂板透水事故。一般通過(guò)采用鉆孔施工的方法對(duì)其進(jìn)行合理、有效疏放。但在鉆孔施工過(guò)程中,由于常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝存在鉆孔施工長(zhǎng)度短、影響正常掘進(jìn)、施工精度較差等問(wèn)題,探放水效果較差,起不到超前探查和疏放頂板水的作用。鑒于此,采用井下定向鉆進(jìn)技術(shù)順層施工長(zhǎng)距離疏放水鉆孔,不但可以超前探查掘進(jìn)頭600m范圍內(nèi)頂板賦水情況,對(duì)掘進(jìn)工作影響也比較小,最主要是疏放水效果極佳,最大單孔涌水量可達(dá)到200m3/h,疏放效果顯著。

1 工程概述

梅花井煤礦是國(guó)能寧夏煤業(yè)公司千萬(wàn)噸級(jí)重點(diǎn)煤礦之一。本次施工的232205工作面為23采區(qū)2煤接續(xù)工作面,根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料顯示,區(qū)內(nèi)影響采掘工作面的主要含水層為直羅組砂巖裂隙～孔隙承壓水含水層,含水層厚度16.81～340.82m,平均厚度81.01m。該工作面在巷道掘進(jìn)過(guò)程中受上覆含水層影響,部分區(qū)段出現(xiàn)頂板淋水或錨索出水現(xiàn)象,對(duì)掘進(jìn)工作造成了較大的影響。

鑒于上述情況,梅花井煤礦在232205工作面機(jī)巷布置長(zhǎng)距離定向鉆孔開(kāi)展掘進(jìn)超前探及工作面上覆含水層探查疏放鉆孔工程,以解決工作面頂板賦水問(wèn)題。

2 施工裝備

本項(xiàng)目的主要設(shè)備為ZDY-6000LD井下定向鉆機(jī),它主要包括鉆機(jī)系統(tǒng)、鉆具組合和隨鉆定向系統(tǒng),具體如下:

2.1 鉆機(jī)系統(tǒng) 施工所用鉆機(jī)采用西安煤炭科學(xué)研究院鉆探研究所研制生產(chǎn)的ZDY-6000LD履帶式全液壓鉆機(jī)。

2.2 定向鉆具組合 φ94mmPDC鉆頭+φ76mm螺桿馬達(dá)(彎角1.25°)+φ76mm下無(wú)磁+φ76mm測(cè)量探管+φ76mm上無(wú)磁+φ73mm通纜鉆桿。

2.3 隨鉆定向系統(tǒng) 本項(xiàng)目施工采用YHD1-1000型隨鉆測(cè)量系統(tǒng),可隨鉆測(cè)量鉆孔傾角、方位、工具面等主要參數(shù)。

3 工程概況

3.1 鉆孔布置 本次定向鉆孔共布置2個(gè)鉆場(chǎng),5個(gè)主孔,孔長(zhǎng)123-573m不等,主要用于疏放232205工作面機(jī)巷巷道頂板以及切眼附近頂部積水。

3.2 鉆具組合及鉆孔結(jié)構(gòu)

3.2.1 鉆孔結(jié)構(gòu) 本次定向鉆孔設(shè)計(jì)均采用φ94mm鉆頭進(jìn)行開(kāi)孔,采用φ165mm/φ180mm擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)孔,擴(kuò)孔長(zhǎng)度超過(guò)孔口管下設(shè)長(zhǎng)度至少1.0m;擴(kuò)孔后下設(shè)φ127mm,壁厚6mm的孔口管固孔,以φ94mm孔徑裸孔鉆進(jìn)至終孔位置。

3.2.2 鉆具組合

①開(kāi)孔:φ94mm鉆頭+φ73mm常規(guī)鉆桿+φ73mm水尾

②擴(kuò)孔:φ165mm鉆頭+φ73m常規(guī)鉆桿+φ73mm水尾

③鉆進(jìn):φ94mm鉆頭+φ73mm常規(guī)鉆桿+φ73mm水尾

3.3 止水管長(zhǎng)度 布置鉆孔開(kāi)孔標(biāo)高+761.8,與終孔點(diǎn)最大高差100m,鉆孔涌水基本無(wú)壓力,綜合考慮按照防治水規(guī)定要求止水套管大于15m即可,考慮到鉆孔成孔后排水系統(tǒng)影響,將孔口管加長(zhǎng)到16m。并確保將煤層段全部進(jìn)行封固。

4 工程施工情況

4.1 一號(hào)鉆場(chǎng) 一號(hào)鉆場(chǎng)共施工2個(gè)鉆孔,主孔最深達(dá)到573m,終孔后鉆孔涌水量達(dá)到40m3/h。

4.2 二號(hào)鉆場(chǎng) 二號(hào)鉆場(chǎng)共施工3個(gè)鉆孔,主孔最深達(dá)到420m,終孔后最大涌水量30m3/h。

4.3 鉆孔施工平面圖

5 攻克的技術(shù)難點(diǎn)

5.1 鉆孔目標(biāo)層位粗砂巖含水層位于煤層頂板2.5-3m以上位置,由于煤層頂板泥巖遇水極易破碎導(dǎo)致鉆孔開(kāi)孔時(shí)塌孔嚴(yán)重,通過(guò)采用跟管鉆進(jìn),很好的解決了鉆孔封孔問(wèn)題。

5.2 目標(biāo)層位粗砂巖含水層實(shí)際厚度只有3.5-4m左右,與預(yù)計(jì)16m偏差較大,并且目標(biāo)層位頂、底部均為泥巖,遇水極易破碎,給定向鉆進(jìn)帶來(lái)很大困難。通過(guò)采用施工分支孔,區(qū)段探頂?shù)姆椒ㄗ詈蟠_保了主孔軌跡在目標(biāo)層位中延伸,達(dá)到了預(yù)期效果。

5.3 本次施工一號(hào)鉆場(chǎng)1號(hào)鉆孔主要解決巷道淋水問(wèn)題,由于機(jī)巷條件限制,鉆場(chǎng)只能布置在下幫,但鉆孔在250m后需要穿過(guò)巷道往工作面延伸,由于目標(biāo)層位距煤層頂板2.5-3m,而巷道支護(hù)錨索4-4.5m左右,這給施工帶來(lái)很大困難。最后將鉆孔軌跡確定控制在距巷道頂板5m左右通過(guò)巷道,未出現(xiàn)破碎情況以及巷道頂板漏水等問(wèn)題。

5.4 鉆孔施工時(shí),由于目標(biāo)層位較薄、局部起伏較大,鉆遇底板泥巖就破碎導(dǎo)致鉆孔很難再繼續(xù)往前延伸,所以在施工過(guò)程中,人為多預(yù)留分支點(diǎn),并且鉆孔盡量貼近目標(biāo)層位底板2m以上施工,一旦鉆孔接觸頂部泥巖塌孔時(shí),可以開(kāi)分支往下繼續(xù)鉆進(jìn)。確保鉆孔順利施工到設(shè)計(jì)位置。

6 效果分析

一號(hào)鉆場(chǎng)1號(hào)鉆孔施工結(jié)束后最大涌水量達(dá)到40m3/h,較常規(guī)鉆孔相比,鉆孔涌水量衰減速度慢,持續(xù)較大,鉆孔施工結(jié)束后,機(jī)巷頂板淋水明顯減少,只有局部區(qū)域有少量淋水,為巷道安全掘進(jìn)提供了強(qiáng)有力支撐。

二號(hào)鉆場(chǎng)施工結(jié)束后,鉆孔最大涌水量達(dá)到30m3/h,機(jī)巷該區(qū)域淋水明顯減小,同時(shí)頂板水疏放為后期開(kāi)切眼安全掘進(jìn)提供了堅(jiān)實(shí)保障。

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)梅花井煤礦232205工作面機(jī)巷因煤層直接頂含水層影響,巷道頂板通過(guò)錨索眼和裂隙大量淋水,造成頂板變形嚴(yán)重,底板軟化以及后期開(kāi)切眼安全掘進(jìn)等問(wèn)題,通過(guò)從232205工作面機(jī)巷合適位置施工長(zhǎng)距離定向疏放水鉆孔,有效解決了機(jī)巷淋水問(wèn)題及后續(xù)開(kāi)切眼安全掘進(jìn)問(wèn)題,為232205工作面機(jī)巷的安全掘進(jìn)提供了堅(jiān)實(shí)保障,解決了礦方的燃煤之急問(wèn)題。