井下定向疏放水技術在梅花井煤礦的應用

國能寧夏煤業能源工程公司環安分公司 寧夏 銀川 751100

0 概述

隨著礦井采掘工作的不斷開展,采掘工作時受工作面煤層頂板砂巖富水層影響越來越明顯,甚至出現多次頂板透水事故。一般通過采用鉆孔施工的方法對其進行合理、有效疏放。但在鉆孔施工過程中,由于常規回轉鉆進工藝存在鉆孔施工長度短、影響正常掘進、施工精度較差等問題,探放水效果較差,起不到超前探查和疏放頂板水的作用。鑒于此,采用井下定向鉆進技術順層施工長距離疏放水鉆孔,不但可以超前探查掘進頭600m范圍內頂板賦水情況,對掘進工作影響也比較小,最主要是疏放水效果極佳,最大單孔涌水量可達到200m3/h,疏放效果顯著。

1 工程概述

梅花井煤礦是國能寧夏煤業公司千萬噸級重點煤礦之一。本次施工的232205工作面為23采區2煤接續工作面,根據相關地質資料顯示,區內影響采掘工作面的主要含水層為直羅組砂巖裂隙～孔隙承壓水含水層,含水層厚度16.81～340.82m,平均厚度81.01m。該工作面在巷道掘進過程中受上覆含水層影響,部分區段出現頂板淋水或錨索出水現象,對掘進工作造成了較大的影響。

鑒于上述情況,梅花井煤礦在232205工作面機巷布置長距離定向鉆孔開展掘進超前探及工作面上覆含水層探查疏放鉆孔工程,以解決工作面頂板賦水問題。

2 施工裝備

本項目的主要設備為ZDY-6000LD井下定向鉆機,它主要包括鉆機系統、鉆具組合和隨鉆定向系統,具體如下:

2.1 鉆機系統 施工所用鉆機采用西安煤炭科學研究院鉆探研究所研制生產的ZDY-6000LD履帶式全液壓鉆機。

2.2 定向鉆具組合 φ94mmPDC鉆頭+φ76mm螺桿馬達(彎角1.25°)+φ76mm下無磁+φ76mm測量探管+φ76mm上無磁+φ73mm通纜鉆桿。

2.3 隨鉆定向系統 本項目施工采用YHD1-1000型隨鉆測量系統,可隨鉆測量鉆孔傾角、方位、工具面等主要參數。

3 工程概況

3.1 鉆孔布置 本次定向鉆孔共布置2個鉆場,5個主孔,孔長123-573m不等,主要用于疏放232205工作面機巷巷道頂板以及切眼附近頂部積水。

3.2 鉆具組合及鉆孔結構

3.2.1 鉆孔結構 本次定向鉆孔設計均采用φ94mm鉆頭進行開孔,采用φ165mm/φ180mm擴孔鉆頭擴孔,擴孔長度超過孔口管下設長度至少1.0m;擴孔后下設φ127mm,壁厚6mm的孔口管固孔,以φ94mm孔徑裸孔鉆進至終孔位置。

3.2.2 鉆具組合

①開孔:φ94mm鉆頭+φ73mm常規鉆桿+φ73mm水尾

②擴孔:φ165mm鉆頭+φ73m常規鉆桿+φ73mm水尾

③鉆進:φ94mm鉆頭+φ73mm常規鉆桿+φ73mm水尾

3.3 止水管長度 布置鉆孔開孔標高+761.8,與終孔點最大高差100m,鉆孔涌水基本無壓力,綜合考慮按照防治水規定要求止水套管大于15m即可,考慮到鉆孔成孔后排水系統影響,將孔口管加長到16m。并確保將煤層段全部進行封固。

4 工程施工情況

4.1 一號鉆場 一號鉆場共施工2個鉆孔,主孔最深達到573m,終孔后鉆孔涌水量達到40m3/h。

4.2 二號鉆場 二號鉆場共施工3個鉆孔,主孔最深達到420m,終孔后最大涌水量30m3/h。

4.3 鉆孔施工平面圖

5 攻克的技術難點

5.1 鉆孔目標層位粗砂巖含水層位于煤層頂板2.5-3m以上位置,由于煤層頂板泥巖遇水極易破碎導致鉆孔開孔時塌孔嚴重,通過采用跟管鉆進,很好的解決了鉆孔封孔問題。

5.2 目標層位粗砂巖含水層實際厚度只有3.5-4m左右,與預計16m偏差較大,并且目標層位頂、底部均為泥巖,遇水極易破碎,給定向鉆進帶來很大困難。通過采用施工分支孔,區段探頂的方法最后確保了主孔軌跡在目標層位中延伸,達到了預期效果。

5.3 本次施工一號鉆場1號鉆孔主要解決巷道淋水問題,由于機巷條件限制,鉆場只能布置在下幫,但鉆孔在250m后需要穿過巷道往工作面延伸,由于目標層位距煤層頂板2.5-3m,而巷道支護錨索4-4.5m左右,這給施工帶來很大困難。最后將鉆孔軌跡確定控制在距巷道頂板5m左右通過巷道,未出現破碎情況以及巷道頂板漏水等問題。

5.4 鉆孔施工時,由于目標層位較薄、局部起伏較大,鉆遇底板泥巖就破碎導致鉆孔很難再繼續往前延伸,所以在施工過程中,人為多預留分支點,并且鉆孔盡量貼近目標層位底板2m以上施工,一旦鉆孔接觸頂部泥巖塌孔時,可以開分支往下繼續鉆進。確保鉆孔順利施工到設計位置。

6 效果分析

一號鉆場1號鉆孔施工結束后最大涌水量達到40m3/h,較常規鉆孔相比,鉆孔涌水量衰減速度慢,持續較大,鉆孔施工結束后,機巷頂板淋水明顯減少,只有局部區域有少量淋水,為巷道安全掘進提供了強有力支撐。

二號鉆場施工結束后,鉆孔最大涌水量達到30m3/h,機巷該區域淋水明顯減小,同時頂板水疏放為后期開切眼安全掘進提供了堅實保障。

7 結語

針對梅花井煤礦232205工作面機巷因煤層直接頂含水層影響,巷道頂板通過錨索眼和裂隙大量淋水,造成頂板變形嚴重,底板軟化以及后期開切眼安全掘進等問題,通過從232205工作面機巷合適位置施工長距離定向疏放水鉆孔,有效解決了機巷淋水問題及后續開切眼安全掘進問題,為232205工作面機巷的安全掘進提供了堅實保障,解決了礦方的燃煤之急問題。