疏放水孔在阜生煤業排水系統改造中的應用

巨亞靜

（潞安集團阜生煤業有限公司，山西 左權 032600）

山西潞安集團左權阜生煤業有限公司由原山西左權阜生煤業有限公司、原山西左權鑫森煤業有限公司及部分新增區塊進行兼并重組整合而成。整合后煤礦井田面積5.8135 km2，批準開采15號煤層，設計生產能力1.20 Mt/a，服務年限13.8年,劃分為2個采區。礦井于2016年12月21日通過竣工驗收工作。

在建設中，礦井采區巷道沿煤層下山掘進后，坡度較大，造成排水系統需要配備大功率、大揚程的水泵。由于排水高程大、排水線路長，排水泵及排水管路能力沿途損耗大，長時間損耗造成排水設備能力不足，進而影響整個采區排水能力。因此，如何升級、改造礦井一采區排水系統成為該礦井防治水工作的一個難題。

1 排水系統改造實施背景

阜生煤業公司礦井水文地質類型為中等型,礦井防治水工作難易程度為中等。礦井在建設過程中，正常涌水量約33.4m3/h，最大涌水量約38.7m3/h。按照比擬法預測，產量達到1200 kt/a，預計礦井正常涌水量為137.5m3/h，最大涌水量為170.83m3/h。一采區接近原整合前礦井采空區。因此，老空積水成為阜生煤業防治水工作的重中之重。

礦井主水倉設計選用三臺DF280-43×8型煤礦用耐腐蝕離心水泵，額定流量Qe=280m3/h，額定揚程He=344 m，允許吸上真空度Hst=4.5 m。配套電動機功率450 kW，吸水管計算管徑為d2=d1＋0.025=0.242 m，選用Φ245mm×7mm型無縫鋼管。兩趟排水管路，沿副井井筒敷設至地面水處理站調節池，管路長800 m。

一采區水倉設計容量為510m3，利用三臺MD85-45×9型離心水泵，額定流量為85m3/h，額定揚程為405 m，配套160 kW隔爆型電動機，排水管路選用兩趟鋼管（分別為Φ125mm與Φ100 m鋼管）進行排水，每趟管路長度630 m。

根據礦井采掘銜接安排，1103及1105工作面采掘在即，但一采區水倉存在排水路線長、排水高度落差大、水倉清挖困難，使一采區的排水系統抗災害能力極大降低。在全國煤炭行業不景氣的今年，作為山西省首批資源整合礦井，排水設備維護費用無疑使企業雪上加霜，并且一旦涉及到設備更換和工作面涌水量急劇增大的情況下（該礦1103工作面曾發生水害事故），一采區水倉排水系統將面臨極大挑戰。

2 排水系統改造內容及目標

2.1 簡化方案

為提高安全系數，減少成本投資，確保采掘銜接工作的順利進行，經過方案對比，決定利用采區水倉距主水倉水平距離近、高差大的特點，在一采區水倉至主水倉間施工疏放水鉆孔，全孔下套管，使一采區涌水全部自流至主水倉，簡化一采區排水系統，降低礦井排水系統維護費用，增強抗災能力，要求：

（1）如何確保實施一個長達117 m的鉆孔，保證終孔位置準確無誤的到達一采區水倉指定位置；

（2）一采區水倉內積水如何僅通過疏放水孔流出，又不經裂隙滲透到巖層中，對疏放水孔及周邊巖層的穩定性不造成影響。

2.2 目標

通過實施一采區水倉疏放水鉆孔工程，達到一采區水直流至主水倉，減少排水管路排水壓力，有效降低一采區水倉排水設備維護費、電費、人工費等，提高一采區排水能力，增強采區水倉抗水害能力。

3 疏放水鉆孔設計與實施

3.1 地質及水文地質情況

經過地質勘查，鉆探施工地點位于主水倉通道處，地質條件較簡單，開孔為石灰巖，鉆孔依次經過石灰巖、砂質泥巖及粉砂巖、15#煤層,終孔位于一采區水倉內。施工地點不受其它異常地質構造影響。

3.2 疏放水鉆孔設計

根據井下導線復核，提出《一采區水倉疏放水鉆孔設計》方案，礦井主水倉車場繞道開孔點標高963.020 m，一采區水倉終孔點標高 997.895 m，設計疏放水鉆孔長度117 m，鉆孔孔徑Φ146mm，終孔排水方式為自流，設計鉆孔排水量130m3/h。

（1）鉆孔布置

a、設計鉆孔數量1個，開孔及終孔孔徑為Φ159mm，全孔下Φ146mm套管，孔口變徑安裝6寸閥門。

b、考慮到施工過程中鉆孔中間位置會有彎度，下不進鋼管部分用塑料管材替代，但應盡量減少塑料管材長度。

c、根據測量資料，鉆孔設計傾角為+18°，實際施工角度+19°11′38″，設計孔深117 m。

d、根據涌水量預測，鉆孔施工過程中預測單孔涌水量最大為5m3/h。

（2）施工技術要求

a、鉆孔開孔前，由測量技術人員利用測量儀器現場標定鉆孔開孔方位、傾角。

b、鉆孔開孔位置位于主水倉通道與車場繞道連接處。

鉆孔設計見圖1，參數如表1所示。

圖1 主水倉疏水鉆孔設計

表1 鉆孔施工技術參數

c、為確保鉆孔成型及減小鉆孔軌跡偏移，鉆探過程中，每鉆進2 m取芯一次，直至鉆孔施工完畢；由施工方根據鉆進情況，及時測量鉆孔偏斜，調整鉆孔鉆進方向，確保鉆孔終孔位置打到一采區水倉指定位置。

d、鉆進時給壓均勻，壓力不得忽大忽小，速度、壓力根據巖性合理選定。

3.3 排水系統改造施工總結

焦作市安誠水文地質工程有限公司于2017年1月5日，開始在主水倉實施鉆孔施工任務，使用ZDY-3200液壓鉆機的鉆機，取芯鉆頭，每鉆進2～3 m取芯一次，通過取芯鉆頭的再次鉆進調整方位角，降低誤差，確保終孔位置的準確性。全孔安裝特制鋼套管（防止使用過程中出現塌孔堵水），并用水泥砂漿對套管進行封孔固管，利用高差通過疏放水鉆孔排水孔位置處的漏斗裝置進行過濾和排水。

施工地點：主水倉通道；疏水鉆孔施工長度：117 m；孔徑：146mm；排水方式：自流；排水量：130m3/h，實際鉆孔仰角+19°11′38″。

截至2017年1月25日，完成主水倉通道至一采區水倉的鉆孔工作，該項排水系統改造工程基本達到預期結果，1月27日完成孔內套管安裝及孔口裝置安裝工作，并測壓成功。經實際排水試驗，排水效果良好。

4 疏放水孔應用在排水系統改造中的效果及意義

通過實施一采區水倉疏放水孔，使原一采區水倉僅作為涌水沉淀池使用，原使用的多臺水泵、供電線路、排水管路、開關等設施作備用。采區排水工由原每班兩名專職改為每班巡視檢查一次。自使用一采區水倉疏放水鉆孔后，截至2017年3月，阜生煤業僅一采區排水系統節省電費約2.7萬元、人工費約2.1萬元、設備維護費用約0.5萬元及安全成本約4.7萬元。

此排水系統改造方案的實施，不僅解決了一采區水倉存在排水路線長、排水高度落差大、水倉清挖困難、排水設施不健全及人工排水帶來的安全問題，同時解放了勞動力，極大降低了人工耗費及設備維護，并且提高了1103工作面和1105工作面的抗水災能力，為該礦一采區防治水的安全工作提供了可靠保障。

5 結語

與傳統泵排水相比，通過施工疏放水鉆孔可解決礦井排水系統中排水高度落差大、排水線長的問題，極大提高了礦井排水能力及效率，大大減少了人力、物力及設備損耗投資，

該項工程屬集團公司內部領先水平，該技術具有投入少見效快、采區排水穩定安全、減化采區排水系統等特點。對礦井采區位于井底水平大巷標高以上、距離近，坡度大的類似情況的礦井，可比照實施采區疏水鉆水。