煤矿井下探放水钻孔施工工艺探究

煤矿井下探放水钻孔施工工艺探究

曹培宏

淮河能源控股集团煤业公司勘探工程分公司安全监察科，安徽淮南 232001

摘要：煤矿井下探放水钻探施工钻孔由于施工地点在地表以下，常常会受到突然钻到含水构造后的高压水水害威胁。探放水施工必须采取一定措施，防止发生水灾事故，所以，必须加强煤矿井下探放水钻孔施工安全管理技术。

关键词：煤矿；探放水；钻孔施工；安全管理；技术

前言

与一般地面钻探不同，煤矿井下探放水钻探施工钻孔由于施工地点在地表以下，常常会受到突然钻到含水构造后的高压水水害威胁。钻孔如果预防措施不足，就会造成施工人员伤害、施工安全失控的事故。更严重的会造成由于探放水钻孔施工导致淹井事故。这类事故以前在多处矿山发生过。因此，煤矿井下探放水钻探施工比其他钻探施工多了钻孔孔口防突及保护措施。与一般地面钻探相同的是，煤矿井下探放水钻探施工钻孔根据地层条件的不同，需选用不同的钻进方法、破岩钻头材料及配套工艺。下面介绍井下探放水钻孔施工流程及相关技术和安全管理措施。

1探放水工程设计

1.1探放水钻孔布置原则:

探老空水探水钻孔应成组布设，并在平面图上呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各钻孔终孔的垂距不得超过1.5m；探放断层水的钻孔，必须沿掘进方向的前方及下方布置，底板方向的钻孔不得少于2个，探水钻孔终孔直径一般不得大于58mm；探放大范围老空水或由最低点探放老空水时，探水钻机必须具有孔口控水装置，孔口管安装方法具体操作时要依水压大小和煤柱而定；孔口管外侧要安装阀门和测压表；当巷道由高向低掘进，与老空积水区平行时，可用长钎子边探边掘，打超前探眼，逐步探放降低水压，消除上部老空水水害；老塘老硐被疏干后的残存积水体，可用长钻杆边探边掘，探3m，掘进1m。

1.2探放水工程设计的编制内容

探放水地区的积水范围、积水量和水压，并规定探水线；探放水地区的地质及水文地质情况；探水巷道的布置、断面规格、支护形式、坡度和施工工序；说明探水钻孔的超前距；说明探水钻孔布置原则、个数、方向、倾角和孔径；提出符合《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》的技术和安全措施；附必备图纸，包括探放水工程平面布置图、相应的地质或水文地质平剖面图。已回采的老空区、水窝等临时性工程，设计图纸上要详细标出。

探放老空水设计，应分析老空区开采时顶板出水情况、开采结束时间、生产用水排放情况、采空区底板标高、周围采区或采面对老空水的影响情况等，由此判断老空水最高积水标高，圈出积水范围，计算积水量，并预计各放水孔的最大放水量。

探放灰岩水、断层水、陷落柱以及对封闭不良钻孔的处理，按有关规程和条例执行。沿煤巷道原则上不得探高压充水断层，如确实需要，可先建防水墙，预埋套管，由墙外向里进行探放水。

孔口管长度设计：放高压强含水层、陷落柱、高压充水断层或探放老空水头超过10m以上时，孔口管长度要符合《煤矿防治水规定》中的相关要求，孔口管安装要采用管内压水泥浆或化学浆等方法，然后做孔口管耐压试验。

探放老空水头高度在4m以内时，孔口管安装可采用裸管打入加固或缠布打入等方法。老空水头在4~10m之间时，孔口管安装方法视煤柱大小、煤壁完整情况和水压情况而定。

煤柱宽度大于4m时，探放老空水需埋设孔口管，孔口管长度应不小于煤柱宽度的1/2。

2探放水钻孔施工工艺

2.1施工方案

（1）探放水钻孔施工完成后，没有涌水的钻孔，当场进行封闭；有涌水的钻孔待水流完后及时进行封孔。（2）封孔方式采用水泥注浆进行封孔。（3）探放水孔长度100m，封孔长度确定为20m，探放水孔长度10-50m，封孔长度确定为5-10m，探放水孔长度2-10m，封孔长度确定为0.6-5m，注浆用水泥浆液封孔。（4）注浆方式：喷浆泵连续不断的注浆方式。（5）注浆封孔结束标准：根据现场施工实际情况而定，以孔套管满浆为止。待观察24小时后，浆体变硬为准。

2.2工艺流程

钻孔封孔工艺流程运输喷浆泵→注浆准备工作→喷浆泵检查和试运行→注浆→清理场地→运出喷浆泵。

2.3注浆封孔顺序

2.3.1运输喷浆泵

①运输喷浆泵时，必须用钢丝绳或小链将其牢固的捆绑在平板车上，运输中要轻、稳、慢；搬运现场要有专人指挥起落，工作范围内除工作人员外严禁有其他闲杂人员；运输时，不得倾斜放置或倒放，用绳卡绑扎牢固进行运输，运输途中严禁摔、碰、撞、击。②运输时检查机车与平板车的连接是否完好，机车运输速度不得大于2米/秒；运输注浆泵前应对易损部件进行保护，禁止在地面拖拉。

2.3.2注浆封孔准备工作

①备齐注浆封孔时所需的材料，如水泥、封孔盖板、喷浆泵等。②设备入井前要对其进行检查，配件是否齐全，并对机器进行调试，保证正常运行，无异常情况，才允许入井进行封孔作业。③设备运送到安装地点后，必须放好，不得影响通风、行人、行车的安全。④安装设备前，要加强钻孔附近的巷道支护，再将钻孔位置的矸石清理干净，找尽悬矸、活石，随时观察围岩情况。⑤封孔地点的地面平整度较差，安装注浆泵之前应对其地点清理，确保指定工作地点平稳，无安全隐患，并加设垫板等措施后进行安装注浆泵工作。

2.3.3设备运行工作

①操作喷浆泵的人员要由有经验的人员担任，加一人监护配合，操作人员不得随意离开操作台。②每班必须要有专人随时检查安装设备四周的岩壁岩顶松动情况，排除隐患，发现异常情况必须撤离人员。③设备运行过程中要时刻观察其运行状态，若出现异常情况，机器无法正常运行或者输浆管封堵时，要对设备进行检修后再进行注浆工作。

2.3.4注浆封孔

①注浆时先将导管口与喷浆泵连接好，然后检查各部件连接情况，启动喷浆泵按技术要求进行注浆作业。②在注浆的时候观察其压力表变化情况，当压力急剧上升或变化大时必须及时查看注浆管和孔内情况并立即停止注浆，不得强行加注。③在配制浆液的时候一定要按照比例配备（水泥浆液比例为1：0.8-1：1.2），注浆时控制好泥浆泵压力（注浆压力3-3.5Mpa），可根据注浆现场实际情况适当更改。④注浆完成后，关闭闸阀必须等水泥初凝后才能打开闸阀检查注浆封孔效果。

2.4清理场地

施工完毕后，必须对施工地点周边的杂物进行清理，并将未用完的材料全部清走，保证场地整洁。

2.5运出注浆泵

封孔完毕后，及时撤出设备并运至地面，并将泵管用水冲洗干净，以免沉淀影响以后注浆。

3注意事项

封孔期间各作业人员要坚守岗位，各负其责，保证封孔各个环节正常运转，有异常情况时所有作业人员立即撤出。封孔前，首先要对注浆管路进行检查实验、冲洗，确保管路畅通。并检查注浆地点的有毒有害气体浓度。封孔过程中，配料操作人员要严格浆液配比标准，并根据现场情况及技术人员的要求及时调整浆液的比重等参数，并认真做好记录。要严格按照封孔顺序、封孔方式、封孔结束标准施工，封孔过程中不得擅自改变或随意停止注浆。注浆过程中如发现钻孔串浆、堵塞或钻孔进浆量明显较少时，寻找原因，采取措施后再进注浆。