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小煤矿井下探放水钻孔布置作者：谢克明摘要：探放水是煤矿生产治理透水事故的主要灾害根本措施，近年几年来我国煤矿发生透水事故导致死亡率明显上升，归根到底就是没有高度重视矿井探钻排放水工作。虽然煤矿防治水工作中采取措施的方法有探、防、堵、截、排等多种，可探钻排放水是煤矿防治水工作中既可靠性高、准确性比较高的一项工作，是安全生产工作中具有不可替代的作用。本人在井下工作中曾遇到问题时处理的积累经验。本文在论述煤矿井下探放水钻孔布孔方式、施工钻机巧妙技术的基础上，对未来的新技术发展趋势作了展望。关键词：煤矿井下老空区探钻放水钻孔布置方式；液压钻机巧妙运用技术我国煤矿资源丰富，但地质条件复杂、煤层特征差异很大，煤炭生产多以井工开采为主，矿井水是造成煤矿安全事故的主要原因之一。近年来，随着采煤范围的扩大和深度的增加，一些原来的水文地质简单的矿井也变成了受到老空区及周边小煤窑积水的威胁矿井，所以煤矿安全生产形势依然严峻，重特大事故时有发生。生产实践表明，井下超前探钻是防治透水灾害事故，实现瓦斯综合治理与利用的根本措施。为了确保煤矿安全生产，2008年7.21透水事故之后我局高度重视煤矿防治水工作，再次明确提出“有掘必探、先探后掘、先治后采的方针”。所谓有掘必探，就是掘进巷道前必须进行超前探钻明确前方是否存在承压水及水文地质情况。确保掘进之前有明确水文地质情况，达到安全生产的目的。要达到这个目的，除少数有条件的煤矿在扩建和技改项目上可以在地面施工部分进行垂直钻孔外勘探排放外，而在地面垂直布置钻孔投入人力、物力相对比较大对我们南方小煤矿来讲承受不起能力。因此在井下进行超前探钻施工了解水文地质情况比较简单方便。在煤矿井下探钻排放治理治理中过程中，根据钻孔的布置方式，常见方法主要有：高位垂直探钻布置钻孔；本煤层(顺层)探钻布置钻孔以及倾斜穿层探钻布置钻孔等。相应地，我们可将煤矿井下探钻排放钻孔分为顶板高位垂直钻孔、沿煤层(顺层)钻孔和穿层钻孔3类。实际施工过程中，我们应根据矿井地质条件、积水空间位置、井下工作条件、钻机的技术能力等因素，综合考虑确定合理的探钻排放钻孔形式。1 顶板高位垂直钻孔选择近年来随着矿井开采深度不断的加深受到矿井水威胁更加显著，以及钻探工艺水平和设备能力的提高，很多矿区开始因地制宜的探索采用顶板高位水平长钻孔进行邻近层位了解水文地质情况。顶板高位垂直钻孔探钻的理论是在卸载承水压后基础，主要往上邻近层赋存或受采动影响开采煤层老空区含水。一般采用垂直往顶板进行探钻了解上分层水文地质情况，这样施工方法必须要了解上分层积水空间情况及水压变化情况，只有在在这两个方面的基础上进行。1.1 顶板高位钻孔施工技术 顶板高位垂直钻孔钻孔长度一般在30米范围内比较可靠，由其往上分层顶板进行探钻时，在垂直往下探钻布置钻孔施工时可以适当加长钻孔有效长度一般在40米范围内比较合适。探钻安装钻机比较关键，安装不好导致钻孔的报废甚至到卡钻杆等现象发生。安装钻机可以用牢固可靠，钻机持夹器中心点与钻孔中心线要保持在同一条直线上。顶板高位钻孔安装钻机具体步骤1、施工环境必须满足钻机基本参数一般情况下巷道下净宽为2.83.0米左右，高度为2.02.3米左右。钻机安装所需要的枕木数量约为20条。2、在加固连接好的巷道支架底部挖掘临时水仓作为钻孔排水使用，临时水仓的规格约为1.5m挖掘水仓时要注重水仓的深度一般经验数据为1.5米。3、安装钻机前先用枕木从水仓里面搭接成“#”行高出底板10cm作为钻机基础平台并另一侧铺上10cm枕木构成钻机基础平台。3、安装钻机时要应把钻机轨道架设在临时水仓上面前以便开钻是钻孔水直接流入水仓内，但要注意钻机中心空不得对准准钻机顶部，以免造成接钻杆是无法从尾部接入。4、以上工序安装完毕后进行最后固定钻机架和调角度的工序，固定钻机前先把钻机移动至标志点处后再上摩擦柱或液压柱升稳固定稳钻架。同时要坡度规量钻机轨道上的倾角并记录在记录本上，一般在8590范围内比较好。5、整台钻机台架安装好后，套接高压管时要把操作台放在顶板比较好安全的地方同时便于观望见钻杆的运行情况。6、最后清理钻机周边空间位置以免杂物堆放影响正常操作空间，一般检查高压管是否理顺整齐各个夹头套接是否出错，此时启动钻机开机运转试机检验设备是否正常。最后把钻机液压马达卡盘移到末端，液压马达的末端离底板约4050cm为宜。上述经检查钻机运转正常后开始打钻前进，操作时司钻必须经过相关部门培训持有省级以上煤矿安监局颁发特殊操作证。方能进行上岗操作，操作前一定对整台机的性能状态比较了解。打钻时先用75mm合金钻头打钻其深度一般为1.52.0米比较适宜。钻到位后退回钻杆扭出75mm的钻头更换自制110mm的钻头进行扩孔其深度至1.52.0米比较适宜，完全推出钻杆后把自制好的套管放入孔口用钻机慢慢推进去，一般离孔底有10cm较好。已到位后固定好套管。具体如下图其次取下跟换上75mm的钻头慢慢沿着100mm套管缓慢扫挂形成孔，缓慢的按正常打钻。一直钻到比预计钻孔长3米。钻孔钻到为后进一步观察该钻孔的孔口瓦斯、有毒有害、水涌出时要及时安装上闸阀控制排水量及瓦斯涌出量。根据上述涌水情况来进一步确定钻孔布置情况，如涌水量比较大时跟水泵的排水能力相互接近时无需再打钻第二孔。等提高排水能力或钻孔涌水量变小后再次钻第二个孔。如退回钻杆后未发现钻孔有水（水量过小时）或瓦斯、有毒有害气体时，应根据现场及根据煤层开采后形成的“竖三带”、“横三区”、“O型圈”和顶板跨落规律，一般而言，这个位置应在35倍采高的范围以内积水比较多。另外要保证钻孔的排放效果，首先应保证成孔和后期钻孔的完整性，钻孔布置层位选择时，通过对有效区域内岩层性质和成孔性的分析，尽量使钻孔布置在相对稳定的岩层中。2 倾斜巷道往老空区探钻排放水施工技术 矿井多煤层开采过程中往往开采下分层中，经常受到上分层老空区积水的影响。轻造成工作面老空区流入开采工作面，重者导致开采下分层时顶板大面积跨落后大量老空区溃入开采工作面造成淹没威胁到职工的生命安全。一般情况下开采下分层掘进巷道开口前先要进行一次全面探水，要做到有掘必探先探后掘的原则。掘进探钻的地点一般选在离上分层水平距离2025米比较合适。探钻的角度一般根据三角函数算出里采空区23米后再钻入老空区，这样能够保证钻孔有效的进入采空区。2.1斜巷排水系统的布置 排水系统的布置是决定着整个探钻工作方式及钻孔角度的布置，一般而言临时排水水仓布置在钻孔下方较合适。水泵选择要根据上分层积水分析选择合理的水泵正常选择30kw水泵比较适合。从探钻排放效果和生产效率来讲，一般提倡多孔增大排量。但是钻孔的深度和直径的确定，要综合考虑地层条件、排放要求以及施工技术与设备能力。地层条件是确定钻孔参数的主要依据，排放要求和设备能力可根据矿井地层条件进行调整和选择。在地层具备打深孔的条件下，可相应提高探钻排放要求和选择适当的钻进技术施工深孔，使钻孔覆盖疏通积水老空区。如果地层条件复杂，钻进成孔性差，根本不具备长钻孔施工条件，要根据实际情况调整设计参数，确定更合适的方位使钻孔通入上分层老空区。钻孔直径的大小直接影响到老空水的排放效果，一般直径越大，积水裂隙渗透面积越大，老空积水排放效果越好，但是实际中，应综合考虑老空积水量及空间位置和施工成本问题。目前斜巷钻孔的设计孔径主要有110 mm、32mm、75mm、在实际生产中，可首先因地质条件问题的通过采用不同孔径钻孔进行探钻排放效果对比和分析，选择最经济有效的钻孔直径。2.2 钻孔的布置形式钻孔的参数确定后，根据探钻地点不同现场布置布置钻孔也不相同实际工作要求进行合理的钻孔布置是保证钻孔取得良好排放效果的前提条件之一。以走向长500m、宽150m的工作面为例，平均层间距7.0米。如果顶板岩石完整、成孔性好，钻孔设计深度为3050m，一般情况下分为4个阶段进行探放，掘进前、掘进中段、掘进下段、贯通切眼。2.2.1掘进前探钻实际工作中开采下分层掘进时离上分层有20米的水平距离，要进行一次全面性往上分层采空区进行探钻，确认上分层采空区是否存在积水压及大量的有毒有害气体。探钻具体钻孔布置具体如下图：如有水及有毒有害气体涌出时则按照排水条件进行排水，实践工作中往往碰到钻同采空区后，涌水量比较大排水能力跟不上此时退回1.52.0米钻杆卡住。控制排放水量满足排水能力的要求。2.2.2掘进中段探钻排放如明确上分层老空区无大量积水及承水压时，按照正常掘进进行施工。施工过程中未发现顶板显现滴水预兆时，方可按正常施工。一般情况下掘进到250米一般时，要进行一次全面大范围布置钻孔进行钻探排放，减少上空积水量，钻孔布置平面图如下：排水设备潜水泵一般采用30KW水泵比较合适，水管一般采用80mm管径比较合理。探钻施工过程中钻孔一般要进行扩孔将近满足排水能力为宜。如果单孔涌水量经过扩孔后涌水远小于排水量时，要进行按照设计进行布置2#、3#钻孔。2.2.3掘进下段探钻排放一般情况而言掘进到位后，延伸往前掘进45米，挖掘临时水仓以备探钻排水使用，该水仓规格1.5*1.2*2.0比较适合。本次探钻排水时，要综合考虑前两次探钻时涌水量进行设计。盲目进行探钻有可能造成涌水量过大，排水能力更不上，造成老塘水淹没掘进工作面。因此本次钻探时要加以注意现场施工方法及探水钻孔的设计。一般情况钻孔布置如下：这阶段探钻排放水也就时决定，整个工作面涌水量及新开采工作面涌水量。同时也体现上分层采空区积水情况。一般工作情况实践表明如果上分层积水量比较多时，此时的钻孔呈现处一定的水压但一般不算很大。此时探钻排放水时，要注意一下问题首先要了解该位置标高及离运输大巷高差问题。如小于30kw潜水泵时尽量采用单级排水。如因高差问题可以采用两级排水，但考虑两级排水的排水能力。一般而言上面那级排水能必须要大于二级排水能力。2.2.4贯通切眼探钻排水掘进贯通后必要时，要进行一次全面切眼探钻排放水，此时的探钻排放水过程中。完全要考虑到整个上分层积水情况及现有的排水能力。如果不解决这些问题有可能导致刚刚贯通的工作面切眼被上分层老唐水溃入淹没。此时钻孔布置要考虑的比较周到，一般而言钻孔布置如下：本次探钻排放水决定着工作面，开采过程中的安全性。一般1#与2#钻孔距离1.01.5米比较适宜。如果探钻过程中发现每个孔的水量都比较小满足该工作排水能力时，说明上分层积水可能被排放干净，无存在大量的积水。3 钻孔剖面计算公式下面以伪倾向伪倾斜布置工作面为例钻机布置具体如下：计算公式： L=h/sin(+)式中L钻杆离采空区最短距离；H上分层及下分层之间层间距煤层倾角度钻机安装的角度如反之安装时最短距离L=h/sin(-)目前，广西许多矿井利用75mm钻头40mm钻杆进行探钻排放上分层采空区积水，取得很好的效果，例如广西右江矿务局使用ZDY650(MK-3)型钻机施工，使用40mm钻杆75mm钻头井下施工钻进距离可达100米，完全可以满足小型煤矿掘进过程中探放水使用。该钻机使用过程中采用三位六通手动换向阀操作，整套钻进及退杆全部采用液压系统控制。操作起来比较方便。 3 附钻机具体操作技巧：钻机操作台 钻机动力系统钻机台架3.1钻机的稳装及管路连接注意：a. 管连接之前，将接头清洗干净，并装好密封圈再进行连接。b. 管路连接完毕，必须详细检查，防止接错造成事故。c. 拆卸油时应将油管及接头用螺堵及螺帽封堵油孔，以防脏物进入油路。d. 连接管路时应注意将油管摆放通顺（不得打绞）排列整齐。垂直安装示意图机身调头安装示意图(倾角大于25时调头机身安装）3.2安全警示a. 系统压力不得超调（一般情况下保持在1517兆帕左右；b. 压力油管不得在漏油、渗油下工作；c. 渗漏油液处应及时掩埋处理；d. 高压胶管具有阻燃抗静电性能及抗压（承受最大压力21兆帕），不得随意更换；e. 接头连接应可靠，防止钻机工作时出现伤人事故。3.3钻机操作方法a.在马达回路中串联一个单向节流阀(9)，可以在马达正转时人为地提高系统压力，克服单泵系统在回转转矩较小时，给进压力不足的缺点。b.在给进油缸回路中串联一个单向