老空水疏放钻孔放水效率提升技术研究

高伟

（山西高河能源有限公司，山西 长治 047100）

1 概 况

高河矿W1302 工作面（设计有W1302 回风及W1302 胶带两条顺槽） 两侧分别是W1303 和W1305 积水采空区。W1302 回风顺槽北30 m 为W1303 采空区（积水标高+428 m，积水面积147 626 m2，积水量304 199 m3）。W1302 胶带顺槽南30 m 为W1305 采空区（采空区积水标高+443 m，积水面积221 763 m2，积水量761 994 m3）。为保证该工作面掘进及回采期间的安全，需在巷道掘进期间将W1302 工作面两侧采空区中的积水进行疏放。此是该矿首个采空区探放水工程，严格执行“四步工作法” （查全、探清、放净、验证水害情况），以消除隐患、确保安全为目的，编制采空积水区疏放水专项设计及施工安全技术措施并制定正规放水循环考核制度及保障措施。

W1302 回风及胶带顺槽沿3 号煤层底板掘进，位于西堡向斜两翼、小庄背斜西翼，W1302 回风顺槽巷道底板最高点预计标高+435 m，最低点预计标高为+393 m，最高点和最低点高差50 m。W1302 胶带顺槽巷道底板最高点预计标高+493 m，最低点预计标高为+408 m，最高点和最低点高差85 m。根据高河矿地质报告及地质钻孔资料显示，巷道掘进过程中，煤层夹矸随煤层倾伏变化稳定，夹矸位于3 号煤层底板向上1.2 m 处，含0.25 m 左右泥岩夹矸。巷道坡度变化为- 7°～+2°。掘进区域奥灰突水系数0.016～0.021 MPa/m，远小于临界突水系数。但是掘进期间受顶板砂岩含水层及邻近采空积水区影响，预计掘进期间正常涌水量为5～10 m3/h，最大涌水量30～50 m3/h。

2 精准管控合理设计放水钻孔

以W1302 胶带顺槽疏放W1305 工作面采空积水区为例，W1305 工作面采空积水区水位标高+443 m。自W1305 采空积水区水位标高+443 m起，水位每下降3～5 m，进行一次疏放水作业，直到降低到最低点为止。每次放水作业施工3～5个疏放水钻孔，采用长短孔结合的方式进行钻孔布置。以此办法，限制掘进巷道底板承受相邻采空区积水水压。经过前4 次放水作业，W1305 采空区水位累计下降15 m，水位变化如图1 所示。

图1 W1302 胶带顺槽疏放W1305 工作面采空积水水位变化Fig. 1 Change of water level of goaf water in W1305 working face when W1302 belt channeling dredged

3 二级防塌孔套管技术应用

3.1 施工设备

钻机型号ZDY- 4000S，扭矩4 000 N·m，钻杆直径42、73、70 m 各1 个，钻头直径75、94、153 mm 各1 个，转接头直径73 mm 变85 mm1 个。

3.2 钻孔施工步骤

（1） 扩孔，下一级止水套管。首先用直径153 mm 的钻头进行扩孔，扩孔深度15 m，然后下入15 m 长孔口止水套管（套管直径108 mm），下好后注浆封孔。待浆液凝固24 h 孔口止水套管完全凝固后，进行扫孔试压，压力要求达到2.5 MPa，时间不少于30 min。试压合格后，安装闸阀，方可正常钻进。

（2） 正常钻进，钻透老空。钻进期间首先选用直径94 mm 的钻头及配套直径73 mm 肋骨钻杆向前钻进。钻进至老空后，钻孔出水量约5～20 m3/h。钻杆不退，继续孔内旋转肋骨钻杆，将淤泥和煤渣旋转出来，直到旋转出清水为止。旋转过程中钻孔出水量会有所增加，出水量约10～30 m3/h。

（3） 下二级防塌孔套管，增加放水量。退出原73 mm 肋骨钻杆，下入内径85 mm 的二级钢管(管壁厚6 mm） ,下管时采用提前加工好的转接头（73 mm 变85 mm），用钻机推送二级钢管至采空区，在推送过程中如遇塌孔或推不动等现象，可选用75 mm 的钻头配42 mm 的轻型钻杆进行透孔，直到将所有二级套管推送至采空区为止。推送完成后，钻孔出水量约80～120 m3/h。二级套管结构如图2 所示。

图2 二级套管结构Fig. 2 Secondary casing structure

4 排水系统

为保证排水通畅、可靠、高效放水，W1302胶带及回风顺槽帮部提前敷设好2 趟DN150 永久排水管路，永久排水管路距迎头距离不大于10 m。

排水路线：W1302 胶带（或回风） 顺槽迎头—W1302 胶带或回风顺槽—西一盘区水仓。

每次放水时，钻孔布置在迎头退后10 m 的巷道帮部。下山掘进巷道迎头为最低点，每次钻孔施工前，在迎头配置4 台37 kW 电泵及专用配套开关，供电采用专用移动变压器。

盘区水仓安设2 台MD155- 3*40 型矿用隔爆型耐磨多级水泵，专人看护，最大排水能力为310 m3/h。

放水期间不间断排水，每天安排专人对排水设备进行检修。正常放水期间排水能力能够满足钻孔同时放水（最大放水量约220 m3/h） 的要求。

5 结 语

高河矿W1302 工作面巷道为沿积水采空区掘进巷道，按照《煤矿防治水细则》 要求进行限压循环放水，超前疏放老空水。在实际疏放老空水作业中，根据巷道起伏变化，合理布置放水钻孔位置，精准降低临近采空区积水水位。在钻孔钻进过程中采用二级防塌孔套管技术，减少钻孔施工个数，加大单个钻孔放水量，放水效率得到明显提升。