定向長鉆孔疏放老空水的關鍵技術及應用

王宏偉

摘要：煤礦水災是煤礦建設和生產的主要災害之一，施工探放水鉆孔是解決水害的重要手段。傳統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際應用為例證明，利用“U”型定向長鉆孔施工技術替代泄水巷道疏放老空水后，實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的排水壓力，實現老空水長期、遠距離自然排放，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。

關鍵詞：定向長鉆孔;疏放;防治水;技術

1定向鉆進技術在礦井水害防治中的作用

“U”型定向長鉆孔施工技術利用螺桿馬達實時定向的優勢保證鉆孔盡量在穩定巖層平穩穿行，利用軌跡精確控制的優勢準確命中“靶點”，從高至低依次降低采空區積水水位，并通過分支孔技術預留分支點，保證每個鉆孔探放水成功率，解決了沿空巷道下山掘進循環前探逐步降壓的復雜問題，實現了遠距離、高水壓、一次放盡老空水的目標。

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，具備了一定的儲水條件。利用“U”型定向長鉆孔施工技術定向鉆進，將鉆孔層位布控在煤層下“三帶”破壞帶的范圍內，充分發揮分支孔的作用，合理溝通每一個殘余低洼點，實現有效探放殘余老空水的目的。

2 應用概況

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工作面經過了二年多頂板砂巖水疏放，達到了安全開采要求。由于區域頂板砂巖含水層相對富水，補給較充沛，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，為整個工作面最低洼區域，為采后老空水積聚區域。為降低老空水水位，確保回采過程安全，及后期相鄰工作面采掘安全，都需要采取老空水排放措施，我們設計兩種排放方案：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時費力、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 關鍵技術及應用

3.1基本原理

利用“U”型定向長鉆孔施工技術替代泄水巷施工，巷道勢能差條件，預先從113106輔運順槽1#水倉位置（最低洼點）開孔，沿煤層底板，至113107膠運順槽，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距離自然排放，降低相鄰工作面探放水壓力創造了條件。

3.2關鍵技術

①井下“U”型定向長鉆孔施工技術。由于受到開孔和終孔的位置層位限制，鉆孔軌跡呈“U”，軌跡復雜、多次穿煤層，先下（從3-1煤開孔，斜穿過3-1下煤層進入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下煤層進入3-1煤層）

②解決了開孔段和終孔段同時下套管技術難題。由“上”、“下”兩段都穿過2層煤及砂質泥巖層，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煤層縱向裂隙發育，沿煤層施工鉆孔易出現塌孔、漏漿、不返漿現象，不易成孔。

④實現采后長期遠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

根據工作面煤（巖）層賦存情況，當回采至113106工作面輔運順槽1#水倉時，工作面由俯采過渡為仰采，該水倉點為工作面采空區涌水匯集的最低點。考慮工作面后期排水問題，設計在輔運順槽6F11測點（1#水倉附近）位置施工一個底板定向鉆孔，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工作面膠運順槽7J11點正北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工作面膠運順槽。

經現場勘察，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、施工經驗和鉆探設備要求極高。本次選用ZDY6000LD鉆機設備，采用YHD2-1000T（A）儀器系統設備，利用鉆孔自然彎曲規律使鉆孔軌跡按設計要求延伸至預定貫通點一種鉆探方法。鉆進過程中，每進一根鉆桿都進行測量，保證了鉆孔軌跡符合要求，實鉆軌跡與設計軌跡幾乎無偏差。

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，采后老空區持續有水源補給，老空水排水壓力大;②老空水進入煤流系統，對煤質影響大;③增加相鄰巷道掘進探放老空水工程;④增加污水治理成本;⑤施工泄水巷道費用昂貴;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減少老空水進入工作面，確保煤流系統安全，減少對煤質影響;②施工“U”型定向長鉆孔費用需45萬元，施工泄水巷道費用需256萬，節約費用211萬元;③緩解工作面和順槽的排水壓力;④實現老空水清污部分分流，減少污水治理成本，每月節省3.8萬元;⑤實現采后長期遠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 結束語

利用“U”型定向長鉆孔施工技術替代泄水巷道疏放老空水后，減輕工作面和順槽內的排水壓力，實現老空水長期、遠距離自然排放;減少老空水進入工作面，確保煤流系統安全，減少對煤質影響;緩解工作面和順槽的排水壓力;實現老空水清污部分分流，減少污水治理成本;實現采后長期遠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

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