穿軟巖層放高壓老空水技術

穿軟巖層放高壓老空水技術
平頂山四礦 歐陽廣斌 邵建平 王輝

內容提要 老空水是威脅礦井安全生產的重要因素之一，我們采用煤體注漿加固技術、孔口管控水技術及雙套管放水技術，解決了穿軟巖層放水所遇到的技術難題，為穿軟巖層放老空水摸索出了成功經驗。
關鍵詞 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中部，核定年生產能力280萬t，主采丁5-6、戊8、戊9-10、己15、己16-17煤層，生產采區有丁九、戊九、己一和己三4個采區。在己三采區，受褶曲影響，工作面回采后，在老空區積聚了大量老空水，工作面在掘進過程中時常受到上個階段老空水威脅，目前，老空水已成為制約己三采區安全生產的重要因素之一，有效地解除水害的威脅，成為防治水工作急需解決的技術難題。在己16-17—23020工作面風巷集中放高壓老空水時，我們采用煤體注漿加固技術、孔口管控水技術及雙套管放水技術，既安全，又快速地解除了水害的威脅，為防治水工作摸索出了成功的經驗，其技術已在四礦防治水工作中得到廣泛應用。
1 概況
1.1 己16-17—23020工作面簡介
該工作面位于己三采區西翼上部，設計為綜采工作面，其南部己16-17—21220工作面于1995年6月回采結束：北部己16-17—23040工作面于2001年10月回采結束。設計可采走向長1150m，傾斜長190m，采深平均830m，煤層傾角9~12°，煤厚平均3.8m，煤層直接頂為碳質泥巖及砂質泥巖，老頂為20m厚的大占砂巖含水層；直接底為泥巖及砂質泥巖。風巷外段設計以30°夾角接近己16-17—21220工作面機巷，風巷里段與己16-17—21220工作面機巷中心對中心相距7 m，沿小煤柱掘進。
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、機兩巷在掘進過程中已不受老頂砂巖水威脅。但是，風巷在接近己16-17—21220工作面時，受到該工作面大量老空水的威脅，一旦發生突水事故，不但風巷被淹，而且己三采區下部的采掘工作面都要被淹沒，影響礦井的正常安全生產。
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，回采結束后，自機巷口一直有5m3/h的水向外流，積水處標高-357.6 m，積水水壓0.28MPa，積水面積約10萬m2，積水量約15萬m3。
2 放水技術難點分析
（1）己16-17煤層屬于“三軟”煤層，煤體堅固性系數為0.5～1，在長期老空水的滲透、浸泡下，強度低，抗滲漏性能差，因此，需選擇合理的防隔水煤柱，確保探放水安全。
（2）由于地壓較大，地應力比較集中，鉆進過程中易發生夾鉆、卡鉆，造成廢孔，因此需選用功率較大的鉆機。
（3）探放水孔在水流沖刷浸泡下，易塌孔，堵孔嚴重，疏通較困難、工作量大、安全性差。
（4）在探高壓老空水過程中，鉆孔流量不易控制，易失控，發生淹巷、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，易導致套管失控。
3 探放水方案
通過對以上充水因素及己16-17煤層探放水難點的分析，經有關人員認真研究決定，在己16-17—23020工作面風巷實施集中探放老空水，制定的探放水方案設計如下。
3.1 鉆機選型
本次探放水選用先進的MK—4型液壓全自動鉆機。
3.2 隔水煤柱選擇
根據《煤礦安全規程》、《煤礦防治水工作條例》及有關探放水的規定，同時依據四礦探放水經驗，留設20m隔水煤柱。
3.3 鉆窩及泵窩的布置
在己16-17—23020工作面風巷迎頭掘至距己16-17—21220工作面機巷下幫24 m時停掘，靠此風巷上幫，垂直己16-17—21220工作面機巷布置一鉆窩，長4 m，寬4 m，高2.2 m，全錨網加錨索支護，并套上金屬梯形棚子。
在風巷的下幫布置2 個泵窩，要求長3m，寬3 m，高2 m，泵窩底部低于巷道底板2.0 m，實施全錨網支護。
3.4 鉆孔布置
在鉆窩迎頭共設計放水孔3個，見圖1，其中1號孔居中并垂直于己16-17—21220工作面機巷，2號、3號孔扇形分列在兩邊，均與1號孔呈25°夾角，鉆孔開孔高度1m，終孔位置為己16-17—21220工作面機巷頂板以下0.4m處，3孔傾角以實測標高計算后確定。
如果前兩個放水孔已達到放水目的，第3個孔不再施工。

3.5 鉆孔結構
三個鉆孔結構相同見圖2，設計鉆窩前煤柱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。
放水鉆孔堵孔嚴重，達不到放水效果時，需要在原套管內下第二層Φ73mm套管，套管長22 m，一直下至采空區內，如圖3所示。
3.6 放水
正常2個放水孔，最大放水量可達100m3/h左右，放水時間需2個月。


4 探水施工
4.1 煤體注漿加固
（1）開孔。開孔前要重新標定鉆機定軸方位和傾角，然后用Φ42mm鉆桿，接Φ130mm鉆頭開孔。鉆進至10.3m時停鉆，準備下套管。
（2）注漿固套管。將Φ110mm長10m套管前方接Φ110mm鋸齒鉆頭，邊回轉邊下入孔內，在下入最后3m套管時要纏上海帶，在制漿容器內制好水泥漿，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，當水泥漿由套管外環間隙返漿到孔口時，停止注漿，用碎布，搗實。停1h后再補注1次。
（3）測壓。固管水泥養護24h后，用Φ89mm鉆頭將套管內水泥柱掃清，套管外口接測壓裝置測水壓，直到套管內水壓達到0.5MPa時停止測壓。
如測壓時壓力值未到0.5MPa而套管外即漏水，需采取注漿加固補救措施。
4.2 孔口管控水
套管經測壓沒問題后開始探水。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，將剩余孔段打透。探出水后，如水壓水量不大，繼續向前鉆進3~5m后停鉆，擰緊孔口密封裝置的壓蓋，關閉排碴管，慢慢退出鉆具。待鉆頭從球形高壓閘閥內退出以后，關閉閘閥，穩定10min后記下水壓值，水壓為0.3MPa，然后去掉孔口密封裝置，打開4吋球形高壓閘閥放水。
4.3 雙套管放水
在放水過程中，由于煤體較軟，堵孔、塌孔較為嚴重，而疏通孔既困難、麻煩，又較危險。為解決放水過程中的堵孔、塌孔難題，我們采用雙套管放水技術，即在原套管控水的基礎上，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型鉆機帶動套管直接鉆進，將套管一直下到采空區內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套管內的煤碴掃凈，然后進行放水。
5 效果
由于采取措施得當，技術可靠，既保證了放水施工安全，又加快了放水速度，原計劃兩孔出水量為100m3/h，現在兩孔出水量可達150 m3/h，提前20d完成放水計劃，取得了可觀的經濟及社會效益。
6 結論
（1）采用注漿加固技術，能夠有效起到防滲漏作用，該技術不僅可應用于軟巖放水工程，還可應用于注漿加固巷道頂底板、注漿堵水等等。
（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、流量過大，造成突水事故，以致淹巷、淹面。
（3）采用雙套管放水技術，能夠加快放水速度，減少疏通孔次數，提高放水效率。但是，該技術應用時，應從地應力、煤體與套管間摩擦系數、水壓等方面，對內套管的穩定性做一評價，我礦一般應用于水壓不大于0.35MPa的情況下。當然，我們還可根據管路的排水能力適當擴大內外套管的直徑，或下更多層套管，以達到有效、快速放水的目的。