煤礦探放水作業中卸壓控水裝置的設計分析

張宇鵬

（晉能控股煤業集團地煤精通興旺煤業有限公司，山西 大同 037003）

引言

晉能控股煤業集團某礦1209 回風巷是在井田一采區，位于盤區大巷的西面、實煤區的北面、1207工作面的東面、井田邊界的南面。1209 回風巷的長度、巷道斷面規格等數據分別是1 100 m、寬×高=4.5 m×3.0 m、2 號煤層煤厚、均厚分別是2.10～2.40 m、2.30 m。1209 回風巷在下山掘進時的標高是920～750 m。依據專門的井田水文地質勘查結果可知，小煤窯采空區位置是位于1209 回風順槽北面49 m 的地方，其預測積水量和水壓分別是5 799 m3和1.1～1.4 MPa，預測9 m3/h 和21 m3/h 分別是正常和最大的涌水量[1]。

為了確保安全掘進巷道，1209 回風巷對老窯采空區采用超前鉆孔的方式進行放水，探水鉆孔的距離是每掘進20 m 放置2 個，60 m 是其鉆孔的深度根據設計施工的，然后，把空口管和控水裝置安置在施工后的孔口處，使水通過孔口處的裝置排放出來，卸壓是固有的控水裝置所沒有的的功能，因此，時常有噴管現象在積水水壓的作用下發生。通過統計發現，前期的1209 回風巷探水鉆孔共施工20 個，其中有13 個鉆孔在放水期間有噴管事故發生，使積水量在巷道中增多，對巷道探放水的施工效率和掘進安全都受到了影響。所以，經過技術研究，對后期的1209 回風巷設計和使用了卸壓控水裝置。

1 卸壓控水裝置的組成部分

1）控水管、環形抱箍、控制閘閥、控水閥門、壓力表接頭、法蘭盤、頂絲扳手、鉆頭套管等配件是卸壓控水裝置的組成部分，如圖1 所示。

圖1 煤礦防治水卸壓控水裝置結構

2）封孔的長短決定了鉆頭套管長短。1209 回風巷的鉆頭套管采用的材料是PVC 材質，其0.13 m 為直徑，12 m 為總長度，把這12 m 平均分為3 節，每節長度為4 m，通過絲扣式把管和管之間連接起來，1 m為套管外露的長度。

3）因為鉆孔擴孔的直徑和深度分別為0.15 m、11 m，與套管的直徑和長度都不一樣，這就造成兩者之間有間隙存在。把膨脹水泥砂漿通過ZBQ120 型注漿泵注入到間隙中，使其能夠穩固鉆頭套管和孔壁的連接[2]。

4）壓力表、控水管、控制閥閘、環形抱箍和控水閥門等被安裝在套管外露端。環形抱箍的材質是環形橡膠塑料，把頂絲扳手安裝在其上下兩端，鉆桿由于頂絲扳手的安裝更加穩固。

5）積水水壓主要是通過壓力表檢測，其積水是通過鉆孔排放出來的；控水管下端有控水閥門，控水閥門在壓力大時，若進行卸壓可以使用人工開啟；控制閘閥的臨時堵水主要堵得是鉆孔時放出的水。

2 卸壓控水裝置的工作原理

1）鉆孔擴孔深度為11 m，在達到這一深度后，方可停止施工，把鉆頭套管安裝在鉆孔內，通過絲扣式把管和管之間連接起來。安裝鉆頭套管到指定位置后，把膨脹水泥砂漿通過ZBQ120 型注漿泵注入到間隙中，使其能夠穩固鉆頭套管和孔壁的連接，其穩固時間必須大于2 h[3-4]。

2）安裝穩固鉆頭套管之后，要把控水裝置的剩余的零部件按順序安裝在外露端。等到全部完成安裝后，方可繼續鉆孔。在積水區水壓低于0.5 MPa時，可以停止鉆孔施工，將鉆桿拔出來，放水的流量依靠閘閥控制，實施放水施工。

3）若水壓高于0.5 MPa，則在高水壓的影響下，會出現鉆頭套管噴管的現象，鉆頭在鉆孔有流水現象出現時是不準被拔出來，為了使鉆桿能夠被橡膠環形抱箍抱住可以把頂絲扳手用人工擰緊，對射出鉆桿的現象在水壓的作用下得到控制。固定好鉆桿以后，要盡快把控水閥門打開實施卸壓放水。當卸壓放水的時候，放水的流量依靠閘閥控制，從而有效地預防了控水閥在高水壓時失靈。

4）在放水卸壓時，當壓力小于0.5 MPa 后，要盡快把控水閥門關閉，把頂絲扳手通過人工逆向擰開，讓環形抱箍脫離鉆桿，然后把鉆桿拔出來進行鉆孔放水。

3 卸壓控水裝置具有的優缺點

3.1 裝置的優點

1）結構比較簡單。這套裝置的優點是簡單、易操作、低事故率、成本低等。

2）較好的安全性能。相對于固有的控水裝置，卸壓功能在該裝置中得以實現，積水可以依據水壓的變化進行卸壓放水，能夠防止噴管、套管脫落、鉆桿射出等的事故在放水時不會由于水壓大而產生，具有好的安全性能，使巷道放水施工的安全性有了保障。

3）較強的實用性。該裝置的實用性比較強，可用于各種繁雜的地質條件下探水鉆孔內，地質條件、施工環境等不能影響其使用，在別的領域中也可以應用，具有較強、較廣的實用性。

3.2 裝置的缺點

1）定期更換壓力表，這是因為有太多的粉塵在鉆孔施工時產生，密封較差的壓力表，致使較多的粉塵進入壓力表內，使其精度受到了影響，因此，要定期更換壓力表。

2）有彈性的環形抱箍橡膠材料，材料彈性在長久的張緊使用會有所下降，要定期更換。

4 應用效果分析

1209 回風巷在本礦掘進到300 m 的位置進行探放水時，會把卸壓控水裝置安裝在探水鉆孔上。直到2020 年2 月，已經完成了1209 回風巷的掘進工作，濕孔64 個、干孔16 個這80 個鉆孔是在1209 回風巷掘進后期施工的，其80 個鉆孔的放水量共有4 981 m3，積水區放水平均壓力是1.2 MPa。在觀察現場時發現，由于卸壓控水裝置的使用，在放水時套管竄動、透水、噴管等事故從未有因水壓大而發生。水壓在2.5 MPa 以下是該裝置能夠承受的，使巷道放水施工的安全性得到了保障，計劃煤礦1 年的成本將會減少72.4 萬元。

5 結語

經過實際應用證明，卸壓控水裝置具有結構簡單和較好的放水效果等優點，使傳統的控水裝置不能卸壓等技術難題得到了解決，使鉆孔高效、安全的放水得到了保障，其取得的成果在安全和經濟效益方面非常明顯，值得被推廣運用。