老空水疏放鉆孔放水效率提升技術研究

高偉

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

1 概 況

高河礦W1302 工作面（設計有W1302 回風及W1302 膠帶兩條順槽） 兩側分別是W1303 和W1305 積水采空區(qū)。W1302 回風順槽北30 m 為W1303 采空區(qū)（積水標高+428 m，積水面積147 626 m2，積水量304 199 m3）。W1302 膠帶順槽南30 m 為W1305 采空區(qū)（采空區(qū)積水標高+443 m，積水面積221 763 m2，積水量761 994 m3）。為保證該工作面掘進及回采期間的安全，需在巷道掘進期間將W1302 工作面兩側采空區(qū)中的積水進行疏放。此是該礦首個采空區(qū)探放水工程，嚴格執(zhí)行“四步工作法” （查全、探清、放凈、驗證水害情況），以消除隱患、確保安全為目的，編制采空積水區(qū)疏放水專項設計及施工安全技術措施并制定正規(guī)放水循環(huán)考核制度及保障措施。

W1302 回風及膠帶順槽沿3 號煤層底板掘進，位于西堡向斜兩翼、小莊背斜西翼，W1302 回風順槽巷道底板最高點預計標高+435 m，最低點預計標高為+393 m，最高點和最低點高差50 m。W1302 膠帶順槽巷道底板最高點預計標高+493 m，最低點預計標高為+408 m，最高點和最低點高差85 m。根據高河礦地質報告及地質鉆孔資料顯示，巷道掘進過程中，煤層夾矸隨煤層傾伏變化穩(wěn)定，夾矸位于3 號煤層底板向上1.2 m 處，含0.25 m 左右泥巖夾矸。巷道坡度變化為- 7°～+2°。掘進區(qū)域奧灰突水系數0.016～0.021 MPa/m，遠小于臨界突水系數。但是掘進期間受頂板砂巖含水層及鄰近采空積水區(qū)影響，預計掘進期間正常涌水量為5～10 m3/h，最大涌水量30～50 m3/h。

2 精準管控合理設計放水鉆孔

以W1302 膠帶順槽疏放W1305 工作面采空積水區(qū)為例，W1305 工作面采空積水區(qū)水位標高+443 m。自W1305 采空積水區(qū)水位標高+443 m起，水位每下降3～5 m，進行一次疏放水作業(yè)，直到降低到最低點為止。每次放水作業(yè)施工3～5個疏放水鉆孔，采用長短孔結合的方式進行鉆孔布置。以此辦法，限制掘進巷道底板承受相鄰采空區(qū)積水水壓。經過前4 次放水作業(yè)，W1305 采空區(qū)水位累計下降15 m，水位變化如圖1 所示。

圖1 W1302 膠帶順槽疏放W1305 工作面采空積水水位變化Fig. 1 Change of water level of goaf water in W1305 working face when W1302 belt channeling dredged

3 二級防塌孔套管技術應用

3.1 施工設備

鉆機型號ZDY- 4000S，扭矩4 000 N·m，鉆桿直徑42、73、70 m 各1 個，鉆頭直徑75、94、153 mm 各1 個，轉接頭直徑73 mm 變85 mm1 個。

3.2 鉆孔施工步驟

（1） 擴孔，下一級止水套管。首先用直徑153 mm 的鉆頭進行擴孔，擴孔深度15 m，然后下入15 m 長孔口止水套管（套管直徑108 mm），下好后注漿封孔。待漿液凝固24 h 孔口止水套管完全凝固后，進行掃孔試壓，壓力要求達到2.5 MPa，時間不少于30 min。試壓合格后，安裝閘閥，方可正常鉆進。

（2） 正常鉆進，鉆透老空。鉆進期間首先選用直徑94 mm 的鉆頭及配套直徑73 mm 肋骨鉆桿向前鉆進。鉆進至老空后，鉆孔出水量約5～20 m3/h。鉆桿不退，繼續(xù)孔內旋轉肋骨鉆桿，將淤泥和煤渣旋轉出來，直到旋轉出清水為止。旋轉過程中鉆孔出水量會有所增加，出水量約10～30 m3/h。

（3） 下二級防塌孔套管，增加放水量。退出原73 mm 肋骨鉆桿，下入內徑85 mm 的二級鋼管(管壁厚6 mm） ,下管時采用提前加工好的轉接頭（73 mm 變85 mm），用鉆機推送二級鋼管至采空區(qū)，在推送過程中如遇塌孔或推不動等現象，可選用75 mm 的鉆頭配42 mm 的輕型鉆桿進行透孔，直到將所有二級套管推送至采空區(qū)為止。推送完成后，鉆孔出水量約80～120 m3/h。二級套管結構如圖2 所示。

圖2 二級套管結構Fig. 2 Secondary casing structure

4 排水系統(tǒng)

為保證排水通暢、可靠、高效放水，W1302膠帶及回風順槽幫部提前敷設好2 趟DN150 永久排水管路，永久排水管路距迎頭距離不大于10 m。

排水路線：W1302 膠帶（或回風） 順槽迎頭—W1302 膠帶或回風順槽—西一盤區(qū)水倉。

每次放水時，鉆孔布置在迎頭退后10 m 的巷道幫部。下山掘進巷道迎頭為最低點，每次鉆孔施工前，在迎頭配置4 臺37 kW 電泵及專用配套開關，供電采用專用移動變壓器。

盤區(qū)水倉安設2 臺MD155- 3*40 型礦用隔爆型耐磨多級水泵，專人看護，最大排水能力為310 m3/h。

放水期間不間斷排水，每天安排專人對排水設備進行檢修。正常放水期間排水能力能夠滿足鉆孔同時放水（最大放水量約220 m3/h） 的要求。

5 結 語

高河礦W1302 工作面巷道為沿積水采空區(qū)掘進巷道，按照《煤礦防治水細則》 要求進行限壓循環(huán)放水，超前疏放老空水。在實際疏放老空水作業(yè)中，根據巷道起伏變化，合理布置放水鉆孔位置，精準降低臨近采空區(qū)積水水位。在鉆孔鉆進過程中采用二級防塌孔套管技術，減少鉆孔施工個數，加大單個鉆孔放水量，放水效率得到明顯提升。