疏放水孔在阜生煤业排水系统改造中的应用

巨亚静

（潞安集团阜生煤业有限公司，山西 左权 032600）

山西潞安集团左权阜生煤业有限公司由原山西左权阜生煤业有限公司、原山西左权鑫森煤业有限公司及部分新增区块进行兼并重组整合而成。整合后煤矿井田面积5.8135 km2，批准开采15号煤层，设计生产能力1.20 Mt/a，服务年限13.8年,划分为2个采区。矿井于2016年12月21日通过竣工验收工作。

在建设中，矿井采区巷道沿煤层下山掘进后，坡度较大，造成排水系统需要配备大功率、大扬程的水泵。由于排水高程大、排水线路长，排水泵及排水管路能力沿途损耗大，长时间损耗造成排水设备能力不足，进而影响整个采区排水能力。因此，如何升级、改造矿井一采区排水系统成为该矿井防治水工作的一个难题。

1 排水系统改造实施背景

阜生煤业公司矿井水文地质类型为中等型,矿井防治水工作难易程度为中等。矿井在建设过程中，正常涌水量约33.4m3/h，最大涌水量约38.7m3/h。按照比拟法预测，产量达到1200 kt/a，预计矿井正常涌水量为137.5m3/h，最大涌水量为170.83m3/h。一采区接近原整合前矿井采空区。因此，老空积水成为阜生煤业防治水工作的重中之重。

矿井主水仓设计选用三台DF280-43×8型煤矿用耐腐蚀离心水泵，额定流量Qe=280m3/h，额定扬程He=344 m，允许吸上真空度Hst=4.5 m。配套电动机功率450 kW，吸水管计算管径为d2=d1＋0.025=0.242 m，选用Φ245mm×7mm型无缝钢管。两趟排水管路，沿副井井筒敷设至地面水处理站调节池，管路长800 m。

一采区水仓设计容量为510m3，利用三台MD85-45×9型离心水泵，额定流量为85m3/h，额定扬程为405 m，配套160 kW隔爆型电动机，排水管路选用两趟钢管（分别为Φ125mm与Φ100 m钢管）进行排水，每趟管路长度630 m。

根据矿井采掘衔接安排，1103及1105工作面采掘在即，但一采区水仓存在排水路线长、排水高度落差大、水仓清挖困难，使一采区的排水系统抗灾害能力极大降低。在全国煤炭行业不景气的今年，作为山西省首批资源整合矿井，排水设备维护费用无疑使企业雪上加霜，并且一旦涉及到设备更换和工作面涌水量急剧增大的情况下（该矿1103工作面曾发生水害事故），一采区水仓排水系统将面临极大挑战。

2 排水系统改造内容及目标

2.1 简化方案

为提高安全系数，减少成本投资，确保采掘衔接工作的顺利进行，经过方案对比，决定利用采区水仓距主水仓水平距离近、高差大的特点，在一采区水仓至主水仓间施工疏放水钻孔，全孔下套管，使一采区涌水全部自流至主水仓，简化一采区排水系统，降低矿井排水系统维护费用，增强抗灾能力，要求：

（1）如何确保实施一个长达117 m的钻孔，保证终孔位置准确无误的到达一采区水仓指定位置；

（2）一采区水仓内积水如何仅通过疏放水孔流出，又不经裂隙渗透到岩层中，对疏放水孔及周边岩层的稳定性不造成影响。

2.2 目标

通过实施一采区水仓疏放水钻孔工程，达到一采区水直流至主水仓，减少排水管路排水压力，有效降低一采区水仓排水设备维护费、电费、人工费等，提高一采区排水能力，增强采区水仓抗水害能力。

3 疏放水钻孔设计与实施

3.1 地质及水文地质情况

经过地质勘查，钻探施工地点位于主水仓通道处，地质条件较简单，开孔为石灰岩，钻孔依次经过石灰岩、砂质泥岩及粉砂岩、15#煤层,终孔位于一采区水仓内。施工地点不受其它异常地质构造影响。

3.2 疏放水钻孔设计

根据井下导线复核，提出《一采区水仓疏放水钻孔设计》方案，矿井主水仓车场绕道开孔点标高963.020 m，一采区水仓终孔点标高 997.895 m，设计疏放水钻孔长度117 m，钻孔孔径Φ146mm，终孔排水方式为自流，设计钻孔排水量130m3/h。

（1）钻孔布置

a、设计钻孔数量1个，开孔及终孔孔径为Φ159mm，全孔下Φ146mm套管，孔口变径安装6寸阀门。

b、考虑到施工过程中钻孔中间位置会有弯度，下不进钢管部分用塑料管材替代，但应尽量减少塑料管材长度。

c、根据测量资料，钻孔设计倾角为+18°，实际施工角度+19°11′38″，设计孔深117 m。

d、根据涌水量预测，钻孔施工过程中预测单孔涌水量最大为5m3/h。

（2）施工技术要求

a、钻孔开孔前，由测量技术人员利用测量仪器现场标定钻孔开孔方位、倾角。

b、钻孔开孔位置位于主水仓通道与车场绕道连接处。

钻孔设计见图1，参数如表1所示。

图1 主水仓疏水钻孔设计

表1 钻孔施工技术参数

c、为确保钻孔成型及减小钻孔轨迹偏移，钻探过程中，每钻进2 m取芯一次，直至钻孔施工完毕；由施工方根据钻进情况，及时测量钻孔偏斜，调整钻孔钻进方向，确保钻孔终孔位置打到一采区水仓指定位置。

d、钻进时给压均匀，压力不得忽大忽小，速度、压力根据岩性合理选定。

3.3 排水系统改造施工总结

焦作市安诚水文地质工程有限公司于2017年1月5日，开始在主水仓实施钻孔施工任务，使用ZDY-3200液压钻机的钻机，取芯钻头，每钻进2～3 m取芯一次，通过取芯钻头的再次钻进调整方位角，降低误差，确保终孔位置的准确性。全孔安装特制钢套管（防止使用过程中出现塌孔堵水），并用水泥砂浆对套管进行封孔固管，利用高差通过疏放水钻孔排水孔位置处的漏斗装置进行过滤和排水。

施工地点：主水仓通道；疏水钻孔施工长度：117 m；孔径：146mm；排水方式：自流；排水量：130m3/h，实际钻孔仰角+19°11′38″。

截至2017年1月25日，完成主水仓通道至一采区水仓的钻孔工作，该项排水系统改造工程基本达到预期结果，1月27日完成孔内套管安装及孔口装置安装工作，并测压成功。经实际排水试验，排水效果良好。

4 疏放水孔应用在排水系统改造中的效果及意义

通过实施一采区水仓疏放水孔，使原一采区水仓仅作为涌水沉淀池使用，原使用的多台水泵、供电线路、排水管路、开关等设施作备用。采区排水工由原每班两名专职改为每班巡视检查一次。自使用一采区水仓疏放水钻孔后，截至2017年3月，阜生煤业仅一采区排水系统节省电费约2.7万元、人工费约2.1万元、设备维护费用约0.5万元及安全成本约4.7万元。

此排水系统改造方案的实施，不仅解决了一采区水仓存在排水路线长、排水高度落差大、水仓清挖困难、排水设施不健全及人工排水带来的安全问题，同时解放了劳动力，极大降低了人工耗费及设备维护，并且提高了1103工作面和1105工作面的抗水灾能力，为该矿一采区防治水的安全工作提供了可靠保障。

5 结语

与传统泵排水相比，通过施工疏放水钻孔可解决矿井排水系统中排水高度落差大、排水线长的问题，极大提高了矿井排水能力及效率，大大减少了人力、物力及设备损耗投资，

该项工程属集团公司内部领先水平，该技术具有投入少见效快、采区排水稳定安全、减化采区排水系统等特点。对矿井采区位于井底水平大巷标高以上、距离近，坡度大的类似情况的矿井，可比照实施采区疏水钻水。