关键词：采空区；积水；验证；钻孔
1 概况
淮河能源控股集团煤业公司张集煤矿是一座现代化大型矿井，该矿16138工作面基本沿东西走向布置，北部1613A工作面已于2013年12月收作，该面回采过程中生产用水如灌浆水，局部顶板砂岩裂隙水等汇集在工作面底板低洼处形成老空水。
根据1613A工作面巷道起伏情况，该工作面共有2处低洼区域可能赋存积水，为验证低洼区域积水情况，保证16138轨顺安全掘进，必须对1613A工作面采空区积水验证钻孔设计。
2 采空区积水量预计
根据1613A工作面巷道起伏情况，该工作面共有2处低洼区域，一是T10+2.3m～T11+11.9m，对应积水上下限标高为-536.2～-538.1m，积水走向长度55.5m，积水面积约252.9m2；二是T17+6.8m～切眼绞车窝，对应积水上下限标高为-526.0～-527.9m，积水走向长度63.5m，积水面积约209.4m2。
3 验证钻孔设计
3.1 设计原则
根据《安徽省煤矿防治水和水资源化利用管理办法》第三十条规定：在查明老空区位置、积水范围、积水水头、积水量等条件下，可实行限压循环放水，限压值由煤矿总工程师组织审定。
经总工程师组织审定，张集矿限压值按照5m水头循环放水，煤柱可承受最大水压验算如下：
P=（L/（0.5kM））2Kp/3
P—水头压力（MPa）
k—安全系数（2～5），取5
L—煤柱宽度（m），取8m
M—煤层厚度或采高（m），取3.5m
Kp—煤的抗拉强度（MPa），取0.18 MPa
P=（8/（0.5*5*3.5））2*0.18/3
=0.05Mpa
即8m煤柱能抵抗水压0.05Mpa（5m水头高度）。
1613A工作面两低洼处预计最高水头均为1.9m，低于张集矿5m
水头限压循环放水规定，为保证16138轨顺安全掘进，采取施工验证钻孔的方式探查低洼区域积水情况。
3.2 验证钻孔位置及参数
验证钻孔参数见钻孔参数设计表：
16138轨顺验证1613A工作面采空区积水钻孔参数设计表
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3.3 技术要求
(1钻孔施工期间，必须做好各种原始记录，数据准确、可靠。
(2)孔口套管的安装及封孔：
①钻孔选择在煤层和巷道支护完整地段，用ф133mm钻头开孔，钻到预定深度后，将孔内冲洗干净。
②将预先准备好的孔口管插入孔内后，在孔口用聚氨酯或水泥将孔口管固定并封死：
a、当围岩较破碎时应采用水泥固管，在管的上方预留一个小管，待孔口固定稳定固实后，从孔口管内向四周压入水泥浆，待浓水泥浆从预留小管流出时即可将小管封死，继续向孔内压入水泥浆，至2MPa压力后停止注浆，关闭孔口管上的闸阀，待水泥浆凝固。水泥浆凝固24h后进行扫孔，待深度超过孔口管长度后，向孔内压水，进行耐压试验。
b、当围岩较稳固时应采用聚氨酯固管，将预先准备好的孔口管插入孔内后，在孔口用聚氨酯将孔口管固定并封死，并对套管实行二次保护。
轨顺验证钻孔试验压力为0.2MPa，稳定30min后，以孔口周围不漏水，孔口管牢固不动为合格，否则必须重新封孔固定，套管试压合格后，必须安装孔口控水闸阀方可钻进。
3.4 探放水钻孔结构
16138轨顺验证钻孔结构：套管段为ф133mm孔径（裸），套管段～终孔为ф75mm孔径（净），孔口设单个控水闸阀。
3.5 验证钻孔最大放水量预计
根据《矿井地质工作手册》计算验证钻孔单孔最大放水量计算公式：
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Q—单孔最大放水量(m3/h)；
λ—沿程阻力系数，取0.06；
D—钻孔孔径(m)
L—钻孔孔深(m)
h—出水口处的水头高度(m)
g—重力加速度(m/s2)
则：验证钻孔单孔最大放水量
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16138轨顺验证1613A工作面低洼处积水验证钻孔下一路套管，用ф133mm钻头开孔3m，然后下入2.5m长ф108mm套管，套管外口焊接4″法兰盘以利于安装控水闸阀。在套管上距法兰盘0.1m处焊接1″短接以便安装1″小闸阀和水压表。
4 放水的技术要求
钻孔探到水后，要观测水压、水质、水量和估计积水量或补给量。根据矿井排水能力及水仓容量，控制放水孔的流量或调整排水能力，并清理水仓、水沟等；加强放水地点的通风，增加有害气体的观测次数；必须监测放水全过程，放水结束后，立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因。
在水压较大积水区探放水作业时，常遇到因水压高使孔口管和岩石鼓出，乃至溃水造成水害并伴有伤人事故发生。为了安全作业，《煤矿安全规程》第289条规定：“预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔口管和控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进。”第290条规定：“钻孔内水压过大时，应采用反压和有防喷装置的方法钻进，并有防止孔口管和煤（岩）壁鼓出的措施”措施包括掘进工作面，在拦板外面加设预柱和水垛，必要时还应在顶、底板坚固地点砌防水墙，然后方可打开钻眼放水；钻眼内压力过大时，可采用孔孔口防喷冒、防喷接头等防喷装置。
当探到水之后，就要将水有计划地放出来，解除水的威胁。当积水量很大时，必须另打钻孔，在钻孔口装6m长的钢套管, 套管上应安装水压表和阀门,做到有控制放水,在套管外壁还要用麻缠裹数层,防止漏水。
注意掌握“水位越高，水压越大，水量越多”的规律，执行下行放水的经验。把高水位积存有大量和积水区划分成若干段，由上向下一段一段的探放水或疏干地层水，即可化整为零。实践证明：把高水位化为低水位，把大量水化为小量水的这一探放水方法（敲缸沿），比底（敲缸底）一次放水安全的多。
验证钻孔必须打透老空，监视放水全过程，观测记录放水量，直至老空水放净，钻孔在放水过程中，应经常疏通透孔，确保出水效果。
5效果
此次打钻放水取得较好的效果，比预计经济效益可观。该钻孔的成功探放为掘进探明积水情况，遇采空区探放水提供了宝贵经验，为加快矿井的技安全生产打下坚实的基础。
论文作者:徐世勇
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2期
论文发表时间:2020/3/16
标签：钻孔论文; 积水论文; 工作面论文; 水压论文; 套管论文; 孔口论文; 采空区论文; 《工程管理前沿》2020年2期论文;