红庆梁煤矿主斜井砾岩层泄水方法研究

杨 旭 东

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

0 引言

红庆梁井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗境内，井田在达拉特旗政府所在地的西南方向，相距约65 km。井田为一较规则的矩形。据地质报告显示主斜井1 434.534 m～1 530.598 m处，将遇到沿主井方向长度约96.04 m左右的富水砾岩层，岩性主要为灰白色砾岩，砾石粒径1 cm～15 cm，为中、粗砂及泥质充填，岩芯破碎，裂隙发育，泥质胶结，易产生坍塌、掉块，在井筒施工时应注意岩石崩落现象的发生。岩石饱和抗压强度平均5.99 MPa，软化系数小于0.18。根据检6号钻孔抽水孔资料，含水层厚度14.87 m，水位埋深126.28 m，据主井地勘报告显示此砾岩层层位的涌水量为7.84 m3/h，涌水量较大，副井地勘报告显示此砾岩层含水层涌水量为127.47 m3/d(5.31 m3/h)，风井地勘报告显示此砾岩层含水层涌水量为142.33 m3/d(5.93 m3/h)。水量较大，施工需要采取泄水措施进行防范。

1 泄水方案目的和任务

对砾岩含水层富水性探查，根据施工后各钻孔的涌水量、水压情况对砾岩含水层进行富水条件定性认识[1,2]。将主斜井所穿越砾岩含水层段的承压水疏放至安全范围内，使主斜井掘进工程能够安全、高效进行[3]。

钻孔布置原则现阶段以均匀布孔的方式力求疏放水钻孔全面覆盖工作面，探放结合、一孔多用原则：疏放水孔除了可用于判断含水层富水性以外，还可以用作放水孔(或观测孔)。根据本矿井实际情况，选择通过在砾岩含水层下的3-1煤层的措施巷道中施工专门的钻孔，并使钻孔直接进入砾岩含水层，利用地下水的压力水头，将含水层中过量的地下水通过疏放水措施有控制地疏放到措施巷道中，疏放的水再通过矿井排水系统排出地表，以实现含水层的疏水[4-6]。

井下疏放水系统一般由三部分构成，主要由泄水钻孔、钻井硐室、引水管线(或矿井水沟)等组成。根据原疏放水经验，在砾岩含水层疏放水应采用井下群孔预疏放的方法，首先进行先期钻孔全面覆盖、均匀布置，施工过程中根据钻孔涌水情况和水压变化情况进行动态调整，对强富水区段加密钻孔，对弱富水段减少钻孔，以期达到满意的疏水效果，井下疏放水钻孔布置剖面图见图1。

2 钻孔结构设计

井下疏水钻孔应尽量自煤层顶板完整段开孔。钻孔开孔φ127 mm，煤层直接顶板砂岩、泥岩段下φ108 mm，壁厚6 mm的孔口管，按照《煤矿防治水规定》孔口管长度大于6 m。在含水层段以φ75 mm裸孔钻进，终孔位置为砾岩含水层顶板。其结构如图2所示。

3 疏放水钻孔布置

疏放水孔分两列布置，所用疏放水孔间巷道轴向间距按10.4 m布置，单列疏放水孔间巷道轴向间距按20.8 m布置，两侧交错布置，编号为1～9单数的孔位于巷道中线以北，双数孔位于巷道中线以南。具体参数见表1。

表1 钻孔参数表

在放水过程开始后，针对水量的观测要求持续连续，并准确记录疏放水量的变化情况，每小时记录一次。

4 井下疏放水孔开孔要点

疏放水的孔口管除具有导向作用以外，还具有防止煤岩壁渗水及含水层涌水带压溃破的屏障作用，具有极大的重要性，故对孔口管的安装需要做到安全合理，疏放水孔口管的安装与固定要求必须固壁牢靠。

在主斜井中选择3-1号煤顶板坚硬岩层的完整地段进行开孔，开孔管径为φ108 mm，壁厚为6 mm，内部缠绕6号铅丝并对局部进行点焊。孔口管的长度应隔离煤层直接顶、粉砂岩和泥岩，避免出现导水通道，其长度参见表1。

孔口管应以丝扣连接，并使用外包麻丝固定丝扣。钻入后孔口管外露部分长度不得大于0.5 m。钻至设计深度后，用高压水将孔内冲洗干净。接入双液注浆泵，采用注浆的方法使孔口管(管周围应焊扶正肋骨片)与孔壁间充满水泥浆或化学浆液。根据施工计算，本次使用的浆液成分采用水灰比0.75∶1的水泥浆液，并掺入5%水玻璃(42Be′)，此浓度下的浆液配比在常温条件下凝固24 h，即可扫孔。扫孔应在孔口管周围水泥浆凝固后进行，扫孔深度应超过孔口管长度0.5 m。孔口管结构及固管方法如图3，图4所示。

扫孔后必须对孔口管进行耐压试验，试验通过方可使用，实验条件为：试验压力6 MPa并稳定30 min，若孔口管周围不漏水，方可进行钻进工作。

探放水工程需要收集放水时的水量、水压等资料，应在孔口管上安装φ108 mm球阀，球阀应是耐压达6 MPa的控水阀门且质量合格，还应配备压力表和流量计等孔口装置(见图5,图6)。孔口装置要同钻孔套管的法兰盘用螺栓连接在一起，应连接紧固但易于拆开，在测量过程中要密切观察密封是否漏水，不漏水为合格。为了减小钻探施工进度的影响，安装孔口阀门时需要安排在钻进至揭露含水层时提前5 m进行安装。等钻入至含水异常体部位并发现管内出水后，立即进行水量与水压观测并记录。在钻进施工过程中，若发现钻孔中水压、水量突然增大，应通过减小阀门加以控制，避免出现涌水带压喷出的情况。

钻探时，钻孔仰角应严格测量，角度误差控制在5%以内。为了提高钻探效率，钻孔采用无芯钻进，为保证钻井数据准确，在钻进过程中应做好钻出岩粉的收集、判层和编录工作，钻进过程中应准确判别不同煤层、岩层厚度，并对换层深度进行记录。根据工程经验，一般每钻进10 m时，或在更换钻进钻具时，测量一次钻杆深度并核实钻孔深度。在终孔前再复核一次，并进行测斜测量，测斜可采用灯光测试法，要求测量准确。钻进过程中，若发现煤层松软、岩石软弱破碎、有片帮迹象、周围来压或孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等现象时，必须立即停止钻孔，记录此时钻孔深度并将钻杆固定牢固，同时需要立即向矿调度室汇报，按照矿应急预案及时采取措施进行处理。钻进过程中若发现有毒有害气体喷出时，应立即切断电源、停止钻进，将人员撤离到有新鲜风流的地点并立即向矿调度室报告，根据预案采取相应措施。

钻孔内水压过大、钻进困难时，应在使用反压和防喷装置以后重新进行钻进，同时应具有防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。

通过以上方案和措施，对红庆梁煤矿主斜井砾岩层进行了疏放水，按照设计进行了疏放水孔的施工与布置，对水压和水量进行了监测。

5 结语

放水开始后，对水量进行连续观测，对疏放水效果进行评价。因此次为初次揭露含水层，涌水量为静储量与动储量的叠加，初始水量较大，需要密切观测水量的变化趋势。在连续观测72 h后发现52 h后水量趋势为衰减，70 h后，水流量衰减达到80%以上，涌水量小于2 m3/h，说明此次放水较为成功。

[1] 张 迪.浅谈煤矿抽水试验及疏水设计参数的合理确定[J].化工管理,2017(9):137.

[2] 尹会永,魏久传,Liliana Lefticariu,等.疏水降压技术体系在潘西煤矿奥灰水害防治中的应用[J].中国煤炭,2015,41(9):37-40，64.

[3] 申 雄,张永波.二亩沟煤矿开采降压疏水对洪山泉影响的数值模拟研究[J].矿业安全与环保,2015,42(3):43-46.

[4] 张 蒙,屠祥光.刘河煤矿——380水平疏水降压实践[J].内蒙古煤炭经济,2014(10):153，166.

[5] 王金敏,赵福寿,宁立波.某煤矿突水情况下疏水效果模拟[J].西部探矿工程,2013,25(7):112-115.

[6] 亢 波.煤矿井下疏水保水开采技术应用[J].山西煤炭,2011,31(3):31-33.