定向长钻孔疏放老空水的关键技术及应用

王宏伟

摘要：煤矿水灾是煤矿建设和生产的主要灾害之一，施工探放水钻孔是解决水害的重要手段。传统探放水钻孔受钻孔深度浅、轨迹无法控制、钻场位置等条件限制，导致钻孔探查范围及精度有限，因此探放水定向长钻孔工艺的研究应用对解决煤矿水害问题具有重要意义。文章以泊江海子礦实际应用为例证明，利用“U”型定向长钻孔施工技术替代泄水巷道疏放老空水后，实测底板定向长钻孔初期最大截留排放30～50m3/h老空水，减轻工作面和顺槽内的排水压力，实现老空水长期、远距离自然排放，在一定程度上降低相邻工作面采掘探放水压力，避免回采期间过巷的不安全因素。

关键词：定向长钻孔;疏放;防治水;技术

1定向钻进技术在矿井水害防治中的作用

“U”型定向长钻孔施工技术利用螺杆马达实时定向的优势保证钻孔尽量在稳定岩层平稳穿行，利用轨迹精确控制的优势准确命中“靶点”，从高至低依次降低采空区积水水位，并通过分支孔技术预留分支点，保证每个钻孔探放水成功率，解决了沿空巷道下山掘进循环前探逐步降压的复杂问题，实现了远距离、高水压、一次放尽老空水的目标。

由于地层沉积原因，煤层存在一定的起伏变化，工作面在回采后会形成一定的低洼点，具备了一定的储水条件。利用“U”型定向长钻孔施工技术定向钻进，将钻孔层位布控在煤层下“三带”破坏带的范围内，充分发挥分支孔的作用，合理沟通每一个残余低洼点，实现有效探放残余老空水的目的。

2 应用概况

泊江海子矿3-1煤开采主要充水因素为侏罗系中统砂岩含水层水，采取顶板密集钻孔疏放水措施来保证安全。113106工作面经过了二年多顶板砂岩水疏放，达到了安全开采要求。由于区域顶板砂岩含水层相对富水，补给较充沛，工作面采前放水钻孔残余水量仍然较大。113106工作面总体上南高北低，局部起伏，退尺2500位置为苏家村北向轴部，为整个工作面最低洼区域，为采后老空水积聚区域。为降低老空水水位，确保回采过程安全，及后期相邻工作面采掘安全，都需要采取老空水排放措施，我们设计两种排放方案：①泄水巷道疏放老空水方案、②U型定向长钻孔疏放老空水方案。由于施工泄水巷道费时费力、成本高，存在过巷的不安全因素，我们选择了第二种U型定向长钻孔疏放老空水方案。

3 关键技术及应用

3.1基本原理

利用“U”型定向长钻孔施工技术替代泄水巷施工，巷道势能差条件，预先从113106辅运顺槽1#水仓位置（最低洼点）开孔，沿煤层底板，至113107胶运顺槽，施工“U”型定向长钻孔，自流排放113106老空水，减少老空水对工作面回采的安全威胁，并为后期长期老空水远距离自然排放，降低相邻工作面探放水压力创造了条件。

3.2关键技术

①井下“U”型定向长钻孔施工技术。由于受到开孔和终孔的位置层位限制，钻孔轨迹呈“U”，轨迹复杂、多次穿煤层，先下（从3-1煤开孔，斜穿过3-1下煤层进入3-1下煤底板）、后平（沿3-1下煤层底板砂岩层施工）、再上（从3-1底板斜向上穿过3-1下煤层进入3-1煤层）

②解决了开孔段和终孔段同时下套管技术难题。由“上”、“下”两段都穿过2层煤及砂质泥岩层，为避免垮孔及可控，都下了套管。

③避开了顺煤层施工不易成孔的难题。3-1煤层纵向裂隙发育，沿煤层施工钻孔易出现塌孔、漏浆、不返浆现象，不易成孔。

④实现采后长期远距离老空水自然排放，在一定程度上降低相邻工作面采掘探放水压力。

3.3工艺流程

根据工作面煤（岩）层赋存情况，当回采至113106工作面辅运顺槽1#水仓时，工作面由俯采过渡为仰采，该水仓点为工作面采空区涌水汇集的最低点。考虑工作面后期排水问题，设计在辅运顺槽6F11测点（1#水仓附近）位置施工一个底板定向钻孔，方位302°23'从顺槽底板向上0.5m处开孔，-9.5°下穿至3-1下～3-2煤层间的厚层粉砂岩层中部（3-1下与3-2煤层层间距约9m）后，平行顺层施工，后仰角施工从113107工作面胶运顺槽7J11点正北15.5m位置东帮底板向上0.3m穿出。113106工作面涌水可直接排至113107工作面胶运顺槽。

经现场勘察，定向钻孔轨迹呈“U”型，长度约308m，由于受到开孔和终孔的位置限制，因此对钻探技术、施工经验和钻探设备要求极高。本次选用ZDY6000LD钻机设备，采用YHD2-1000T（A）仪器系统设备，利用钻孔自然弯曲规律使钻孔轨迹按设计要求延伸至预定贯通点一种钻探方法。钻进过程中，每进一根钻杆都进行测量，保证了钻孔轨迹符合要求，实钻轨迹与设计轨迹几乎无偏差。

4效果对比

4.1施工“U”型定向长钻孔前

①随着工作面回采面积增大老空水不断增大，采后老空区持续有水源补给，老空水排水压力大;②老空水进入煤流系统，对煤质影响大;③增加相邻巷道掘进探放老空水工程;④增加污水治理成本;⑤施工泄水巷道费用昂贵;⑥施工泄水巷存在过巷不安全因素。

4.2施工“U”型定向长钻孔后

①减少老空水进入工作面，确保煤流系统安全，减少对煤质影响;②施工“U”型定向长钻孔费用需45万元，施工泄水巷道费用需256万，节约费用211万元;③缓解工作面和顺槽的排水压力;④实现老空水清污部分分流，减少污水治理成本，每月节省3.8万元;⑤实现采后长期远距离老空水自然排放，在一定程度上降低相邻工作面采掘探放水压力;⑥避免回采期间过巷的不安全因素。

5 结束语

利用“U”型定向长钻孔施工技术替代泄水巷道疏放老空水后，减轻工作面和顺槽内的排水压力，实现老空水长期、远距离自然排放;减少老空水进入工作面，确保煤流系统安全，减少对煤质影响;缓解工作面和顺槽的排水压力;实现老空水清污部分分流，减少污水治理成本;实现采后长期远距离老空水自然排放，在一定程度上降低相邻工作面采掘探放水压力;避免回采期间过巷的不安全因素。

参考文献

[1]张西峰.定向长钻孔技术在煤矿井下防治水钻孔施工中的应用.煤矿机械.2019（2）：130-132.

[2]燕南飞.定向长钻孔在煤矿奥灰水害防治中的应用.煤矿安全.2016（4）：64-67.