張玉恒

（西山煤電集團(tuán)有限公司西銘礦， 山西 太原 030052）

引言

在煤礦探放水過(guò)程中，往往存在一種情況，就是探放落山采空區(qū)積水，所謂落山采空區(qū)就是采用自然全垮落法采煤后不再進(jìn)行維護(hù)所形成的空腔，然而這個(gè)空腔內(nèi)并不是空無(wú)一物的，而是其間充滿了上覆巖層垮落下來(lái)的巖塊，巖塊大小不一，形狀復(fù)雜，沒(méi)有規(guī)律，如果用V 表示回采前的煤體空間，則回采后形成的空腔的空隙體積與V 的比值為0.2～0.3，剩余的（0.7～0.8）V 的空間則為充滿采空區(qū)巖石的體積（如圖1）。

圖1 垮塌后的落山采空區(qū)

在探放水過(guò)程中，當(dāng)鉆孔打通后，鉆頭進(jìn)入采空區(qū)時(shí)，導(dǎo)水通道形成，采空區(qū)積水會(huì)通過(guò)鉆孔流出來(lái)，然而采空區(qū)落山石塊對(duì)鉆頭及鉆桿有應(yīng)力作用（擠壓），由于鉆孔打通時(shí)破壞了采空區(qū)原有的應(yīng)力平衡，在退鉆過(guò)程中，會(huì)重新形成新的應(yīng)力平衡，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)緩慢過(guò)程，采空區(qū)石塊會(huì)向鉆孔方向塌落，會(huì)造成堵鉆孔現(xiàn)象，整個(gè)過(guò)程類(lèi)似單向閥門(mén)原理，進(jìn)鉆時(shí)，鉆頭擠開(kāi)石塊，鉆孔導(dǎo)通；退鉆時(shí)，落山石塊反向壓回來(lái)，鉆孔堵塞。設(shè)想在鉆孔打通后，在鉆頭的帶動(dòng)下，在落山采空區(qū)安裝一根帶孔的鋼管（俗稱(chēng)篩管，就是在鋼管壁上留有導(dǎo)水小孔，如圖2所示），依靠落山石塊擠壓作用，把篩管緊緊“卡死”，可防止篩管從鉆孔內(nèi)掉出來(lái)，同時(shí)還可保證鉆孔導(dǎo)水通道的形成[1]。

圖2 工程常用的篩管

1 工作原理

在探放水過(guò)程中，先施工大孔徑鉆孔10 m，然后安裝孔口套管，待孔口套管、水門(mén)、水壓表等設(shè)備安裝完畢后，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)達(dá)到要求后，開(kāi)始用大鉆頭正常鉆進(jìn)，直到打通采空區(qū)后，退鉆；然后用小鉆頭鉆進(jìn)，在小鉆頭后方攜帶篩管，篩管外徑小于鉆孔直徑，篩管端頭內(nèi)徑略大于小鉆頭直徑，保證小鉆頭可自由通過(guò)篩管，在小鉆頭鉆進(jìn)進(jìn)入落山采空區(qū)的同時(shí)，篩管也隨小鉆頭進(jìn)入落山采空區(qū)，待采空區(qū)巖塊通過(guò)擠壓作用“卡死”篩管后，然后進(jìn)行退鉆，篩管便留在了采空區(qū)，這樣能保證出水通道不會(huì)被堵塞，積水通過(guò)篩管管壁上的小孔進(jìn)入鉆孔，然后源源不斷流出來(lái)。

2 地質(zhì)及施工情況

以西銘48703 工作面探放上組煤3 號(hào)煤43102、43105 采空積水為例進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 地質(zhì)情況

探放水施工區(qū)域8 號(hào)煤層節(jié)理發(fā)育，煤層上部夾石為厚1.30～2.90 m，平均1.88 m 的頁(yè)巖。8 號(hào)煤上分層厚度0.50～0.75 m，平均0.63 m；下分層煤層厚度3.10～3.90 m，平均3.38 m。

偽頂為頁(yè)巖，直接頂為石灰?guī)r（廟溝灰?guī)r），老頂為石灰?guī)r（毛兒溝灰?guī)r）。底板為砂質(zhì)頁(yè)巖，局部地段或相變?yōu)榧?xì)粒砂巖。鉆孔穿過(guò)的煤巖層情況見(jiàn)圖3。

圖3 單孔設(shè)計(jì)剖面示意圖（單位：m）

工作面中部地表有馬家灘溝由東向西穿過(guò)、西南部地表有婁煩灘溝由南東向北西穿過(guò)，兩溝均為季節(jié)性溝谷，雨季短暫有水，溝底與8 號(hào)煤層間距分別為222 m、249 m。溝谷兩側(cè)露出二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2S）部分地層。蓋山厚度222～400 m，平均315 m。

該工作面上覆2 號(hào)、3 號(hào)煤層已回采，北部2 號(hào)煤層局部為小窯所采，回采后在西十一43105、43102 采空區(qū)低洼處形成積水（JS130），積水量約71 337 m3,積水面積118 896 m2，積水標(biāo)高1 082～1 094 m。8 號(hào)煤與2 號(hào)煤層間距88 m 左右，與3 號(hào)煤層間距63 m 左右。

2.2 探放水鉆孔施工順序

探放水作業(yè)需首先安裝孔口安全套管，第一孔徑以Φ133 mm 開(kāi)孔鉆進(jìn)11 m，然后將管徑為Φ100 mm 長(zhǎng)10 m（根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》要求，探放水各放水孔最大水頭值均小于1.0 MPa，故孔口管長(zhǎng)度取用10 m）的孔口管用水泥漿固定在孔內(nèi)，在距孔口管0.2～0.5 m 處兩側(cè)各打一根錨桿，用錨鏈將孔口管（帶閘閥）與錨桿固定。保證固管時(shí)間為24 h，并以2 倍預(yù)計(jì)水壓至少進(jìn)行0.5 h 的耐壓試驗(yàn)，水壓為最大水頭值的2.0～2.5 倍，當(dāng)套管不漏水時(shí)，方可進(jìn)行下一步工作[2]。

待套管安裝完成后，用95 mm 大鉆頭鉆進(jìn)，直至打通采空區(qū)，退鉆；然后在65 mm 的小鉆頭后方攜帶外徑85 mm、端頭內(nèi)徑69 mm 的篩管向采空區(qū)鉆進(jìn)，篩管在鉆頭的帶動(dòng)下一起進(jìn)入采空區(qū)，待篩管擠壓緊固后退鉆，篩管留在采空區(qū)（如圖4）。

圖4 過(guò)程示意圖

3 主要技術(shù)指標(biāo)

1）篩管外徑85 mm，內(nèi)徑分兩部分，篩管后部?jī)?nèi)徑77 mm，篩管壁厚4 mm，端頭需制作成錐形，錐形部位內(nèi)徑69 mm，略大于小鉆頭直徑，錐形部位卡槽4 mm（如圖5）。

圖5 篩管的剖面及參數(shù)

2）篩管管壁上小孔的直徑不能太大或太小，宜適中，防止碎石堵塞小孔，出水不暢。（查閱相關(guān)資料取直徑1～2 cm 較合適，有待進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn)改進(jìn)）

3）篩管進(jìn)入采空區(qū)，管壁承受巨大的擠壓應(yīng)力，因此制作篩管需用耐壓強(qiáng)度高的鋼材，同時(shí)管壁要有一定厚度，能抵抗擠壓變形。

4）施工探放水鉆孔的工藝必須保證鉆孔的平直度，使得篩管能順利通過(guò)鉆孔。

4 主要關(guān)鍵點(diǎn)

1）首次將篩管應(yīng)用到探放采空區(qū)積水工程上，施工工藝及施工過(guò)程有待進(jìn)一步完善。

2）可防止探放水鉆孔在放水的過(guò)程中堵塞，避免重新進(jìn)鉆機(jī)疏通鉆孔，尤其是百米以上的長(zhǎng)距離鉆孔，疏通鉆孔相當(dāng)于重新施工鉆孔，工程量大，可有效避免返工費(fèi)時(shí)現(xiàn)象，節(jié)約成本。

3）采用此裝置，可保證探放水按預(yù)計(jì)工期完成，保障礦井的正常生產(chǎn)銜接。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著煤礦的不斷開(kāi)采，上組煤已經(jīng)開(kāi)采完畢，現(xiàn)逐漸向深部延深，開(kāi)采水平進(jìn)一步降低，上組煤開(kāi)采結(jié)束后，造成了大量的采空區(qū)，雨季汛期降雨通過(guò)因開(kāi)采造成的地面塌陷裂縫滲入到采空區(qū)，造成了采空區(qū)積水面積廣、儲(chǔ)水量大、探放難度大的現(xiàn)象，通過(guò)在落山采空區(qū)應(yīng)用篩管的措施，可有效保證采空區(qū)積水一次性探放干凈、完畢，可避免重新疏通鉆孔和施工驗(yàn)證鉆孔，使得探放水效率進(jìn)一步提高，集團(tuán)公司礦井大部開(kāi)采下層8 號(hào)煤，普遍存在探放上部采空積水的情況，因此有著廣闊的推廣應(yīng)用前景。