套管技术在探放工作面顶部采空区积水中的应用

套管技术在探放工作面顶部采空区积水中的应用
王素娜;张东赢
【摘要】针对耿村煤矿采空区积水,应用套管支撑技术解决了探放水钻探塌孔问题,从而排放出了老空水,基本解除了对工作面的威胁,保证了施工安全和工程进度.【期刊名称】《煤矿现代化》
【年(卷),期】2010(000)005
【总页数】2页(P94-95)
【关键词】套管技术;探放水;排水系统
【作者】王素娜;张东赢
【作者单位】义马煤业集团股份有限公司,河南,义马,472300
【正文语种】中文
【中图分类】TD745
目前，水害是煤矿五大灾害之一，水害是煤矿的主要灾害之一，严重威胁矿井的安全生产；老空水又是煤矿生产建设中最危险的水害之一,尤其是处在深部的回采工作面更受到顶部采空积水的严重威胁。

因此，治理老空积水对煤矿安全生产与实现高产高效具有重要的意义。

耿村矿12170工作面主采2-3煤，属于长焰煤，易自然，煤层顶板岩性为灰白色～浅灰色薄层细～中粒长石石英砂岩、石英砂岩，粉砂岩，上巷位于西二采区东翼，2-3煤轨道和皮带下山东侧，北部为2-3煤实体，南面为已回采的（2-3）12190工作面采空区，工作面东部与原东一采区1-2煤轨道和皮带下山为界，该
面顶部有已回采的（2-1）12131和12111工作面采空区。

老空积水范围内积水量的估算，是探放水设计的重要一环。

它必须在以往收集的水文、地质资源的基础上，在采掘工程平面图上深入分析和研究老空区空间构造条件和水源条件，准确确定老空积水范围内估算积水量，正确指导防治老空水工作。

计算公式如下：
式中 Q积-相互连通的各积水区总积水量，m3；
ΣQ采-有水力联系的煤层采空区积水量之和，m3；
ΣQ巷-与采空区连通的各种巷道积水量之和，m3；
K-充水系数采空区，取0.25～0.5，煤巷取0.5～0.8，岩巷取0.8～1.0；
M-采空区的平均采高，m；
F-采空积水区的水平投影面积，m2；
a-煤层倾角，°；
W-积水巷道原有断面，m2；
L-巷道长度，m。

采空区充水系数K与采煤方法、回采率、煤层倾角、顶底板岩性及其碎涨程度、采后间隔时间等因素有关，巷道充水系数与巷道断面的变化有关。

通过估算积水量为65000m3。

因12111工作面结束后灌浆灭火，造成老空区内仍存有大量的灌浆灭火水，预计积水量为65000m3，严重影响12170工作面的安全开采。

因此，应采用安全可靠的技术防治12170工作面上巷掘进穿越采空区时老空灌浆灭火水突然涌出，确保该工作面顺利施工和职工的生命安全。

4.1 方案确定
首先对采空区和邻近地段地质及水文地质条件进行认真调查分析，包括采空区内地质构造、煤层产状、顶底板以及工作面回采况、相邻阶段采空区之问的水力联系、
采空区与地表水体、断层构造带的水力联系程度等因素进行系统分析，高圈定采空区积水范围，计算采空区体积和积水量，并绘制采空区积水平面图。

沿空送巷探放水，防治水技术人员要根据采空区积水平面图，编制有针对性的探放水设计及施工安全技术措施。

钻孔呈扇形布置，原则上设计三个方位，全部控制上部采空区，一个方位布置3个钻孔，钻孔开孔孔口间距和排距不小于0.5m，终孔控制积水区下部、中部和上部即原煤层顶板位置以上1m～2m，下部钻孔终孔位置一般为采空
区底部浮煤上部，钻孔设计深度60m～80m，允许掘进距离40m～60m，保持不少于20m的超前距。

依据“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的探放水原则，当12170下
巷掘进到830m时，该巷继续掘进将穿越上部的(2-1煤)12131工作面采空区，为确保该巷道的施工安全，我们对在距该处33m处，实施探放水，布置探放水钻场，但是由于该地段煤岩层破碎，巷道压力大，先后施工了10个钻孔，都因钻孔塌孔而无法正常放水。

针对这种情况，我们决定在12170工作面下巷830m处原探水钻场外，重新做一个探水钻场，采用在钻孔内下钢管支撑的套管技术，解决塌孔问题。

4.2 探放水钻孔布置
根据工作面目前积水的实际情况，设计钻场位于830m处巷道上帮，其断面尺寸为：梁长净口为4.6m，腿长2.8m，深度5m。

在下巷钻场布置钻孔1个，为仰
角孔，设计角度30°，深度为47m。

同时，在探水钻场又布置了三个验证钻孔，
验证钻孔参数见表1，对探放（2-1）12131回采工作面采空区积水进行验证，探放水验证钻孔平面示意图（如图1）。

钻孔采用三级结构，二路套管。

根据已施工钻孔情况，设计第一路套管深度13m，第二路套管深度47m。

钻孔0m～14m钻进为Ф133mm，下Ф127×6mm无缝钢管制作的套管13m并注浆固结，14m～47m钻进为Ф91mm，下Ф85×5mm无缝钢管制作的套管47m并注浆固结。

套
管注浆及固管后的耐压试验，必须达到静水压力的1.5～2倍为2Mpa，否则重新
加固到合格为止。

4.3 孔口管固定
孔口管下好，用注浆泵进行固管。

用螺丝将孔口管法兰盘与闷盖相连接，注入新鲜的32.5R普通硅酸盐水泥，浆液配比原则上1：1，根据注浆压力及进浆量情况，施工过程中可适当调整浆液浓度，达到注浆压力方可结束。

若孔口周围及孔内岩石裂隙发育，漏浆或进浆量达到时，则采用间歇注浆的方法进行施工，反复注浆直至压力达到2Mpa为止。

待水泥凝固后，用无芯钻头扫孔到孔口管以下1～2m，进行耐压试验，试验要求达到2Mpa，若试验压力不合格，需复注固管，养护后扫
孔到底，再做清水耐压试验，压力达到设计要求，并稳定半小时，孔口管牢固结实、孔口周围不漏水方为合格。

4.4 建立完善的排水系统
对原水平排水泵房进行技术改造，重新布置排水钻孔、防洪泵房、排水钻孔管子道和管子道小井，泵房的大泵及其配套设施，完善排水系统，保证排水能力。

首先，修建水仓及铺设管路，在（2-3）12170工作面下巷622m（最低位置）处修建水仓，采用工字钢锚网支护，其断面尺寸为：梁长净口3.1m，腿长2.8m，有效容
积不小于100 m3的环形水仓，安装MD85-45×6型四台（两开两备），保证现
有的三趟四时管路畅通无阻，并及时将工作面积水及时排至西2-3轨道平台，通
过西大巷到副井底主水仓。

然后，在（2-3）12170工作面低洼处（9架附近），安装三台潜水泵（一台工作，一台检修，一台备用），将工作面上部（2-1）12131采空区的涌水及时排到下巷，流入622m处的下巷水仓。

最后，安排专人
负责对5～25架顶部滴水、淋水和流水以及老塘侧的涌水量情况进行认证观测，
发现异常情况立即向防治水人员及有关领导汇报。

4.5 探放水安全技术组织措施
（1）加强水仓钻场内巷道支护工作，架好抬棚，顶帮必须用铁耙背木背实，负责好探水钻孔的打眼工作，并在钻孔前方打坚固的戗柱和拦板。

采用MK-液压钻机
开展探放水工作，终孔直径为46mm。

并负责止水套管的安装工作，止水管要求
用2.5寸管子，长度不得小于4m，用破布缠紧套管外壁，以免积水顺管壁流出，用卡子将套管与棚腿联锁牢固，并安装闸门，并安装调试好钻机，保证探水设施完好齐全，安排人员进行探放水。

（2）由主管部门负责确定探水孔的位置、方位角、仰角，并记录钻进长度及探眼出水量，出水量要认真观察水量变化，并根据情况进行2次或3次的钻孔疏通，
以防煤矸堵塞钻孔造成无水或放完水的假象。

（3）在尾巷排水时，要制定专门安全措施，一方面配备专职瓦斯检查员检测瓦斯，负责探水施工过程中的安全工作。

一方面要安设瓦斯监控闭锁设施，以确保在瓦斯不超限的情况下安全进行。

（4）探放水期间，每班安排一名水泵维修工，在（2-3）12170下巷值班，负责
泵的维修、检修及故障处理，保证排水正常。

每班探水完毕，探放水人员应将本班钻进情况及探眼出水情况向有关领导汇报。

探水完毕，并负责把钻具撤到安全地点，以免损坏钻具。

（5）在第一眼出水后，根据水流量的大小，由生产科再决定是否打下一个眼，可根据实际情况，对钻孔数量适当增减。

探眼无水时，通风区负责用黄泥封孔，防止有害气体涌出和煤层自燃发火。

经过8天的施工，顺利完成了12170下巷钻孔的施工工作，经过连续5天的观测，该孔出水量基本稳定在80 m3/h，累计放水量达到53289m3,基本上解决了该面
上部采空积水的威胁，尤其是最后在原（2-3）12170工作面下巷新探水钻场内施工3个验证钻孔，对（2-1）12131采空区积水进行验证，彻底消除上部积水的水害威胁，确保了该工作面能够安全回采。

耿村煤矿根据采场布置及老空水的赋存状况，成功地采用套管技术探放工作面顶部的采空区的积水，防止了水害事故的发生，确保了工作面安全施工正常进行。