穿軟巖層放高壓老空水技術(shù)

老空水是威脅礦井安全出產(chǎn)的重要因素之一，我們采用煤體注漿加固技術(shù)、孔口管控水技術(shù)及雙套管放水技術(shù)，解決了穿軟巖層放水所碰到的技術(shù)挫折，為穿軟巖層放老空水試探出了成功經(jīng)驗(yàn)。
樞紐詞  高壓老空水  軟巖層  放水  煤體注漿  孔口管控水
    四礦位于平頂山礦區(qū)中部，核定年出產(chǎn)能力280萬(wàn)t，主采丁5-6、戊8、戊9-10、己15、己16-17煤層，出產(chǎn)采區(qū)有丁九、戊九、己一和己三4個(gè)采區(qū)。在己三采區(qū)，受褶曲影響，工作面回采后，在老空區(qū)蘊(yùn)蓄了大量老空水，工作面在掘進(jìn)過(guò)程中時(shí)常受到上個(gè)階段老空水威脅，目前，老空水已成為制約己三采區(qū)安全出產(chǎn)的重要因素之一，有效地解除水害的威脅，成為防治水工作急需解決的技術(shù)挫折。在己16-17—23020工作面風(fēng)巷集中放高壓老空水時(shí)，我們采用煤體注漿加固技術(shù)、孔口管控水技術(shù)及雙套管放水技術(shù)，既安全，又快速地解除了水害的威脅，為防治水工作試探出了成功的經(jīng)驗(yàn)，其技術(shù)已在四礦防治水工作中得到廣泛應(yīng)用。
1  概況
1.1  己16-17—23020工作面簡(jiǎn)介
該工作面位于己三采區(qū)西翼上部，設(shè)計(jì)為綜采工作面，其南部己16-17—21220工作面于1995年6月回采結(jié)束：北部己16-17—23040工作面于2001年10月回采結(jié)束。設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)1150m，傾斜長(zhǎng)190m，采深均勻830m，煤層傾角9~12°，煤厚均勻3.8m，煤層直接頂為碳質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖，老頂為20m厚的大占砂巖含水層；直接底為泥巖及砂質(zhì)泥巖。風(fēng)巷外段設(shè)計(jì)以30°夾角接近己16-17—21220工作面機(jī)巷，風(fēng)巷里段與己16-17—21220工作面機(jī)巷中央對(duì)中央相距7 m，沿小煤柱掘進(jìn)。
1.2  工作面充水因素分析
該工作面相鄰上下階段都已回采，風(fēng)、機(jī)兩巷在掘進(jìn)過(guò)程中已不受老頂砂巖水威脅。但是，風(fēng)巷在接近己16-17—21220工作面時(shí)，受到該工作面大量老空水的威脅，一旦發(fā)生突水事故，不但風(fēng)巷被淹，而且己三采區(qū)下部的采掘工作面都要被沉沒(méi)，影響礦井的正常安全出產(chǎn)。
己16-17—21220工作面在回采期間最大涌水量60m3/h，正常涌水量25m3/h，回采結(jié)束后，自機(jī)巷口一直有5m3/h的水向外流，積水處標(biāo)高-357.6 m，積水水壓0.28MPa，積水面積約10萬(wàn)m2，積水量約15萬(wàn)m3。
2  放水技術(shù)難點(diǎn)分析
（1）己16-17煤層屬于“三軟”煤層，煤體堅(jiān)固性系數(shù)為0.5～1，在長(zhǎng)期老空水的滲透滲出、浸泡下，強(qiáng)度低，抗?jié)B漏機(jī)能差，因此，需選擇公道的防隔水煤柱，確保探放水安全。
（2）因?yàn)榈貕狠^大，地應(yīng)力比較集中，鉆進(jìn)過(guò)程中易發(fā)生夾鉆、卡鉆，造成廢孔，因此需選用功率較大的鉆機(jī)。
（3）探放水孔在水流沖洗浸泡下，易塌孔，堵孔嚴(yán)峻，疏浚較難題、工作量大、安全性差。
（4）在探高壓老空水過(guò)程中，鉆孔流量不易控制，易失控，發(fā)生淹巷、淹面事故。
（5）通常下套管方法，不能保證安全。在高壓水作用下，易導(dǎo)致套管失控。
3  探放水方案
通過(guò)對(duì)以上充水因素及己16-17煤層探放水難點(diǎn)的分析，經(jīng)有關(guān)職員當(dāng)真研究決定，在己16-17—23020工作面風(fēng)巷實(shí)施集中探放老空水，制定的探放水方案設(shè)計(jì)如下。
3.1  鉆機(jī)選型
本次探放水選用提高前輩的MK—4型液壓全自動(dòng)鉆機(jī)。
3.2  隔水煤柱選擇
根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦防治水工作條例》及有關(guān)探放水的劃定，同時(shí)依據(jù)四礦探放水經(jīng)驗(yàn)，留設(shè)20m隔水煤柱。
3.3  鉆窩及泵窩的布置
在己16-17—23020工作面風(fēng)巷迎頭掘至距己16-17—21220工作面機(jī)巷下幫24 m時(shí)停掘，靠此風(fēng)巷上幫，垂直己16-17—21220工作面機(jī)巷布置一鉆窩，長(zhǎng)4 m，寬4 m，高2.2 m，全錨網(wǎng)加錨索支護(hù)，并套上金屬梯形棚子。
在風(fēng)巷的下幫布置2 個(gè)泵窩，要求長(zhǎng)3m，寬3 m，高2 m，泵窩底部低于巷道底板2.0 m，實(shí)施全錨網(wǎng)支護(hù)。
3.4  鉆孔布置
在鉆窩迎頭共設(shè)計(jì)放水孔3個(gè)，見(jiàn)圖1，其中1號(hào)孔居中并垂直于己16-17—21220工作面機(jī)巷，2號(hào)、3號(hào)孔扇形分列在兩邊，均與1號(hào)孔呈25°夾角，鉆孔開(kāi)孔高度1m，終孔位置為己16-17—21220工作面機(jī)巷頂板以下0.4m處，3孔傾角以實(shí)測(cè)標(biāo)高計(jì)算后確定。
假如前兩個(gè)放水孔已達(dá)到放水目的，第3個(gè)孔不再施工。
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3.5  鉆孔結(jié)構(gòu)
三個(gè)鉆孔結(jié)構(gòu)相同見(jiàn)圖2，設(shè)計(jì)鉆窩前煤柱20m，下Φ110 mm的套管10m，前方鉆孔Φ56mm。套管外端接4吋閥門，再接孔口密封裝置（防噴裝置）以保證有控制放水。
放水鉆孔堵孔嚴(yán)峻，達(dá)不到放水效果時(shí)，需要在原套管內(nèi)下第二層Φ73mm套管，套管長(zhǎng)22 m，一直下至采空區(qū)內(nèi)，如圖3所示。
3.6  放水
正常2個(gè)放水孔，最大放水量可達(dá)100m3/h左右，放水時(shí)間需2個(gè)月。
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4 探水施工
4.1  煤體注漿加固
（1）開(kāi)孔。開(kāi)孔前要重新標(biāo)定鉆機(jī)定軸方位和傾角，然后用Φ42mm鉆桿，接Φ130mm鉆頭開(kāi)孔。鉆進(jìn)至10.3m時(shí)停鉆，預(yù)備下套管。
（2）注漿固套管。將Φ110mm長(zhǎng)10m套管前方接Φ110mm鋸齒鉆頭，邊回轉(zhuǎn)邊下入孔內(nèi)，在下入最后3m套管時(shí)要纏上海帶，在制漿容器內(nèi)制好水泥漿，要求水泥漿的水灰比為1：1.2，容重1.6t/m3，然后用注漿泵將水泥漿壓入套管內(nèi)，當(dāng)水泥漿由套管外環(huán)間隙返漿到孔口時(shí)，休止注漿，用碎布，搗實(shí)。停1h后再補(bǔ)注1次。
（3）測(cè)壓。固管水泥養(yǎng)護(hù)24h后，用Φ89mm鉆頭將套管內(nèi)水泥柱掃清，套管外口接測(cè)壓裝置測(cè)水壓，直到套管內(nèi)水壓達(dá)到0.5MPa時(shí)休止測(cè)壓。
如測(cè)壓時(shí)壓力值未到0.5MPa而套管外即漏水，需采取注漿加固補(bǔ)救措施。
4.2  孔口管控水
套管經(jīng)測(cè)壓沒(méi)題目后開(kāi)始探水。套管外端依次用法蘭盤連接4吋球形高壓閘閥、孔口密封裝置（防噴裝置），然后將Φ42㎜鉆桿接Φ56㎜鉆頭下入孔內(nèi)，將剩余孔段打透。探出水后，如水壓水量不大，繼承向前鉆進(jìn)3~5m后停鉆，擰緊孔口密封裝置的壓蓋，封閉排碴管，慢慢退出鉆具。待鉆頭從球形高壓閘閥內(nèi)退出以后，封閉閘閥，不亂10min后記下水壓值，水壓為0.3MPa，然后去掉孔口密封裝置，打開(kāi)4吋球形高壓閘閥放水。
4.3  雙套管放水
在放水過(guò)程中，因?yàn)槊后w較軟，堵孔、塌孔較為嚴(yán)峻，而疏浚孔既難題、麻煩，又較危險(xiǎn)。為解決放水過(guò)程中的堵孔、塌孔挫折，我們采用雙套管放水技術(shù)，即在原套管控水的基礎(chǔ)上，再下一層套管。 將Φ73mm的厚壁套管前端接Φ75mm的合金鋸齒鉆頭，用MK—4型鉆機(jī)帶動(dòng)套管直接鉆進(jìn)，將套管一直下到采空區(qū)內(nèi)2m，將套管固定，并與Φ110mm套管連為一體，在Φ73mm套管外端接3吋高壓球形閘閥（抗壓能力不低于0.5MPa），再用Φ42mm鉆桿接Φ56mm鉆頭，將Φ73mm套管內(nèi)的煤碴掃凈，然后進(jìn)行放水。
5  效果
因?yàn)椴扇〈胧┑卯?dāng)，技術(shù)可靠，既保證了放水施工安全，又加快了放水速度，原計(jì)劃兩孔出水量為100m3/h，現(xiàn)在兩孔出水量可達(dá)150 m3/h，提前20d完成放水計(jì)劃，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。
6  結(jié)論
（1）采用注漿加固技術(shù)，能夠有效起到防滲漏作用，該技術(shù)不僅可應(yīng)用于軟巖放水工程，還可應(yīng)用于注漿加固巷道頂?shù)装濉⒆{堵水等等。
（2）采用孔口管控水裝置，能夠保證探放水安全，有效控制出水量，避免因水壓、流量過(guò)大，造成突水事故，以致淹巷、淹面。
（3）采用雙套管放水技術(shù)，能夠加快放水速度，減少疏浚孔次數(shù)，進(jìn)步放水效率。但是，該技術(shù)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)從地應(yīng)力、煤體與套管間摩擦系數(shù)、水壓等方面，對(duì)內(nèi)套管的不亂性做一評(píng)價(jià)，我礦一般應(yīng)用于水壓不大于0.35MPa的情況下。當(dāng)然，我們還可根據(jù)管路的排水能力適當(dāng)擴(kuò)大內(nèi)外套管的直徑，或下更多層套管，以達(dá)到有效、快速放水的目的。