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。W1302 回風順槽北30 m 為W1303 采空區（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（采空區積水標高+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 工作面兩側采空區中的積水進行疏放。此是該礦首個采空區探放水工程，嚴格執行“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，編制采空積水區疏放水專項設計及施工安全技術措施并制定正規放水循環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 工作面采空積水區為例，W1305 工作面采空積水區水位標高+443 m。自W1305 采空積水區水位標高+443 m起，水位每下降3～5 m，進行一次疏放水作業，直到降低到最低點為止。每次放水作業施工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積水水壓。經過前4 次放水作業，W1305 采空區水位累計下降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，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

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掘進巷道，按照《煤礦防治水細則》 要求進行限壓循環放水，超前疏放老空水。在實際疏放老空水作業中，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。