定向長鉆孔疏放老空水的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

王宏偉

摘要：煤礦水災(zāi)是煤礦建設(shè)和生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，施工探放水鉆孔是解決水害的重要手段。傳統(tǒng)探放水鉆孔受鉆孔深度淺、軌跡無法控制、鉆場位置等條件限制，導(dǎo)致鉆孔探查范圍及精度有限，因此探放水定向長鉆孔工藝的研究應(yīng)用對解決煤礦水害問題具有重要意義。文章以泊江海子礦實(shí)際應(yīng)用為例證明，利用“U”型定向長鉆孔施工技術(shù)替代泄水巷道疏放老空水后，實(shí)測底板定向長鉆孔初期最大截留排放30～50m3/h老空水，減輕工作面和順槽內(nèi)的排水壓力，實(shí)現(xiàn)老空水長期、遠(yuǎn)距離自然排放，在一定程度上降低相鄰工作面采掘探放水壓力，避免回采期間過巷的不安全因素。

關(guān)鍵詞：定向長鉆孔;疏放;防治水;技術(shù)

1定向鉆進(jìn)技術(shù)在礦井水害防治中的作用

“U”型定向長鉆孔施工技術(shù)利用螺桿馬達(dá)實(shí)時(shí)定向的優(yōu)勢保證鉆孔盡量在穩(wěn)定巖層平穩(wěn)穿行，利用軌跡精確控制的優(yōu)勢準(zhǔn)確命中“靶點(diǎn)”，從高至低依次降低采空區(qū)積水水位，并通過分支孔技術(shù)預(yù)留分支點(diǎn)，保證每個(gè)鉆孔探放水成功率，解決了沿空巷道下山掘進(jìn)循環(huán)前探逐步降壓的復(fù)雜問題，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、高水壓、一次放盡老空水的目標(biāo)。

由于地層沉積原因，煤層存在一定的起伏變化，工作面在回采后會形成一定的低洼點(diǎn)，具備了一定的儲水條件。利用“U”型定向長鉆孔施工技術(shù)定向鉆進(jìn)，將鉆孔層位布控在煤層下“三帶”破壞帶的范圍內(nèi)，充分發(fā)揮分支孔的作用，合理溝通每一個(gè)殘余低洼點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)有效探放殘余老空水的目的。

2 應(yīng)用概況

泊江海子礦3-1煤開采主要充水因素為侏羅系中統(tǒng)砂巖含水層水，采取頂板密集鉆孔疏放水措施來保證安全。113106工作面經(jīng)過了二年多頂板砂巖水疏放，達(dá)到了安全開采要求。由于區(qū)域頂板砂巖含水層相對富水，補(bǔ)給較充沛，工作面采前放水鉆孔殘余水量仍然較大。113106工作面總體上南高北低，局部起伏，退尺2500位置為蘇家村北向軸部，為整個(gè)工作面最低洼區(qū)域，為采后老空水積聚區(qū)域。為降低老空水水位，確?；夭蛇^程安全，及后期相鄰工作面采掘安全，都需要采取老空水排放措施，我們設(shè)計(jì)兩種排放方案：①泄水巷道疏放老空水方案、②U型定向長鉆孔疏放老空水方案。由于施工泄水巷道費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高，存在過巷的不安全因素，我們選擇了第二種U型定向長鉆孔疏放老空水方案。

3 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

3.1基本原理

利用“U”型定向長鉆孔施工技術(shù)替代泄水巷施工，巷道勢能差條件，預(yù)先從113106輔運(yùn)順槽1#水倉位置（最低洼點(diǎn)）開孔，沿煤層底板，至113107膠運(yùn)順槽，施工“U”型定向長鉆孔，自流排放113106老空水，減少老空水對工作面回采的安全威脅，并為后期長期老空水遠(yuǎn)距離自然排放，降低相鄰工作面探放水壓力創(chuàng)造了條件。

3.2關(guān)鍵技術(shù)

①井下“U”型定向長鉆孔施工技術(shù)。由于受到開孔和終孔的位置層位限制，鉆孔軌跡呈“U”，軌跡復(fù)雜、多次穿煤層，先下（從3-1煤開孔，斜穿過3-1下煤層進(jìn)入3-1下煤底板）、后平（沿3-1下煤層底板砂巖層施工）、再上（從3-1底板斜向上穿過3-1下煤層進(jìn)入3-1煤層）

②解決了開孔段和終孔段同時(shí)下套管技術(shù)難題。由“上”、“下”兩段都穿過2層煤及砂質(zhì)泥巖層，為避免垮孔及可控，都下了套管。

③避開了順煤層施工不易成孔的難題。3-1煤層縱向裂隙發(fā)育，沿煤層施工鉆孔易出現(xiàn)塌孔、漏漿、不返漿現(xiàn)象，不易成孔。

④實(shí)現(xiàn)采后長期遠(yuǎn)距離老空水自然排放，在一定程度上降低相鄰工作面采掘探放水壓力。

3.3工藝流程

根據(jù)工作面煤（巖）層賦存情況，當(dāng)回采至113106工作面輔運(yùn)順槽1#水倉時(shí)，工作面由俯采過渡為仰采，該水倉點(diǎn)為工作面采空區(qū)涌水匯集的最低點(diǎn)?？紤]工作面后期排水問題，設(shè)計(jì)在輔運(yùn)順槽6F11測點(diǎn)（1#水倉附近）位置施工一個(gè)底板定向鉆孔，方位302°23'從順槽底板向上0.5m處開孔，-9.5°下穿至3-1下～3-2煤層間的厚層粉砂巖層中部（3-1下與3-2煤層層間距約9m）后，平行順層施工，后仰角施工從113107工作面膠運(yùn)順槽7J11點(diǎn)正北15.5m位置東幫底板向上0.3m穿出。113106工作面涌水可直接排至113107工作面膠運(yùn)順槽。

經(jīng)現(xiàn)場勘察，定向鉆孔軌跡呈“U”型，長度約308m，由于受到開孔和終孔的位置限制，因此對鉆探技術(shù)、施工經(jīng)驗(yàn)和鉆探設(shè)備要求極高。本次選用ZDY6000LD鉆機(jī)設(shè)備，采用YHD2-1000T（A）儀器系統(tǒng)設(shè)備，利用鉆孔自然彎曲規(guī)律使鉆孔軌跡按設(shè)計(jì)要求延伸至預(yù)定貫通點(diǎn)一種鉆探方法。鉆進(jìn)過程中，每進(jìn)一根鉆桿都進(jìn)行測量，保證了鉆孔軌跡符合要求，實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌跡幾乎無偏差。

4效果對比

4.1施工“U”型定向長鉆孔前

①隨著工作面回采面積增大老空水不斷增大，采后老空區(qū)持續(xù)有水源補(bǔ)給，老空水排水壓力大;②老空水進(jìn)入煤流系統(tǒng)，對煤質(zhì)影響大;③增加相鄰巷道掘進(jìn)探放老空水工程;④增加污水治理成本;⑤施工泄水巷道費(fèi)用昂貴;⑥施工泄水巷存在過巷不安全因素。

4.2施工“U”型定向長鉆孔后

①減少老空水進(jìn)入工作面，確保煤流系統(tǒng)安全，減少對煤質(zhì)影響;②施工“U”型定向長鉆孔費(fèi)用需45萬元，施工泄水巷道費(fèi)用需256萬，節(jié)約費(fèi)用211萬元;③緩解工作面和順槽的排水壓力;④實(shí)現(xiàn)老空水清污部分分流，減少污水治理成本，每月節(jié)省3.8萬元;⑤實(shí)現(xiàn)采后長期遠(yuǎn)距離老空水自然排放，在一定程度上降低相鄰工作面采掘探放水壓力;⑥避免回采期間過巷的不安全因素。

5 結(jié)束語

利用“U”型定向長鉆孔施工技術(shù)替代泄水巷道疏放老空水后，減輕工作面和順槽內(nèi)的排水壓力，實(shí)現(xiàn)老空水長期、遠(yuǎn)距離自然排放;減少老空水進(jìn)入工作面，確保煤流系統(tǒng)安全，減少對煤質(zhì)影響;緩解工作面和順槽的排水壓力;實(shí)現(xiàn)老空水清污部分分流，減少污水治理成本;實(shí)現(xiàn)采后長期遠(yuǎn)距離老空水自然排放，在一定程度上降低相鄰工作面采掘探放水壓力;避免回采期間過巷的不安全因素。

參考文獻(xiàn)

[1]張西峰.定向長鉆孔技術(shù)在煤礦井下防治水鉆孔施工中的應(yīng)用.煤礦機(jī)械.2019（2）：130-132.

[2]燕南飛.定向長鉆孔在煤礦奧灰水害防治中的應(yīng)用.煤礦安全.2016（4）：64-67.