CN111140279A - 一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法 - Google Patents
一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，包括以下步骤：步骤一、确定定向钻孔的目标靶区；步骤二、建设钻场；步骤三、利用瞬变电磁法和高密度直流电法探查巷道迎头前方老空富水异常区；步骤四、在巷道迎头布置常规钻孔以进行钻探验证，钻探验证无异常，则允许巷道掘进，按照探水‑掘进‑探水循环作业的方式治理老空水；步骤五、若步骤四中钻探验证过程中钻孔出现涌水时的处理；步骤六、若步骤五中迎头常规钻孔疏放水量趋于长期稳定时的处理。本发明利用地面、井下物探‑常规钻孔‑定向钻孔相结合防治老空水，实现了超前、高效、安全、精准、大落差、远距离截引迎头老空水，有效治理了老空水害。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下防治水技术领域，尤其涉及一种厚煤层上分层受小窑破坏的复采条件下老空水防治方法。
背景技术
我国煤炭开采历史悠久，由于先期小窑开采技术落后，无序开采导致采掘工程位置控制差，老空积水情况复杂，突发水害事故较多，尤以山西、四川、贵州的老空水害最为严重。近年来，老空水以静储量、来势凶猛、致灾性强、水量集中，伴随有毒有害气体等特点，常常造成严重的生命财产损失，已成为矿井最严重的水害类型，可见资源整合矿井面临严峻的老空水害威胁，防范、遏制老空水害一直是矿井防治水的重中之重。
我国诸多学者、技术人员研究了老空水害防治技术，且已形成较为***的理论体系和成熟的技术方法。从根本上消除老空水害的主要途径是探放老空水，目前，常采用多种物探方法和钻探方法，或施工措施巷探放老空水。发明专利CN110609335A公开了一种基于多手段的残采区复杂条件探测方法，利用多种物探手段进行综合探测对比、分析实现复杂情况下物探的精确探测，为残煤区积水情况探测提供了手段；发明专利CN102520450B公开了一种煤矿充水采空区检测方法，利用瞬变电磁法在采空区地面进行数据观测，获取运动学虚拟子波，并进行煤矿充水采空区检测的方法，实现直观解释，减少解释中的人为因素，避免视电阻率参数的误解，使煤矿含水采空区勘探的准确性和可靠性大大增强；发明专利CN102645674B公开了一种工作面煤层采前立体探测方法，实现了真正意义上的空间探测，能够最大限度查明工作面煤层回采破坏影响范围内的突水隐患情况。发明专利CN201810250858.1公开了基于井下束状定向钻孔的矿井老空水精确探放方法，利用物探粗定老空区的大致范围，以指导定向钻孔设计，实现老空区横向、轴向、垂向范围的探测，兼具疏放老空水。
2012年，周建军等提出利用定向钻机，采用中心通缆式钻具在宁煤鸳鸯湖矿区多个煤矿疏放顶板水和老空水；2012年，魏里阳研究了动态老空水的形成与防治技术；2013年，方俊等提出利用定向钻孔精确探放上部煤层老空水，采用“上仰-水平”定向钻孔轨迹，“套管段-造斜段-稳斜段”3段式钻孔轨迹结构；2013年，冯科技提出“物探先行-钻探疏放-巷探验证”的治理技术方案，利用常规钻孔疏放了鹤煤十矿浅部大面积采空区积水；2015年，闫明针对老空动态补给水疏放，提出施工集中排水巷，通过常规钻孔，利用“虹吸原理”疏放老空水。
上述研究可知老空水防治取得了很好的成绩，主要集中在利用多种物探手段综合探查老空水，但由于物探结果的多解性，造成老空水探查的精确性仍存在不确定性；或利用物探粗定老空水的位置、积水量等，利用常规钻孔以疏放老空水，但常规钻孔探查距离短，只能在巷道掘进过程中进行探查，且探查轨迹不可控，易造成无水假象等；也有利用物探技术粗定老空积水情况，利用定向钻孔疏放老空水的成功案例，其大多是利用通缆钻具，设计“套管段-造斜段-稳斜段”3段式钻孔结构，从下部煤层疏放上部煤层，此种钻具在老空区钻进时，极易造成卡钻事故，且利用定向钻孔和前期单次物探结果防治老空水无法确保老空水疏放干净、彻底；偶有设立隔水墙以防治老空水的做法。鲜有针对同一厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水的防治方法，此类老空积水分散、孤立、隐蔽、连通复杂、空间分布不规律，治理此类型老空水害一直是矿井防治水的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种厚煤层上分层受小窑破坏的复采条件下老空水防治方法，其利用地面、井下物探-常规钻孔-定向钻孔相结合防治老空水，实现了超前、高效、安全、精准、大落差、远距离截引迎头老空水，确保了钻具在老空区平稳钻进，提高了单进，亦避免了双巷掘进探放水影响造成围面时间延迟，降低了水害治理成本，基本实现巷道透明掘进，有效治理了老空水害。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、确定定向钻孔的目标靶区；采用地面瞬变电磁和地面三维地震探查采区老空水分布位置、积水情况等，将采区老空水分布位置区域作为定向钻孔的目标靶区；
步骤二、根据生产接续情况和步骤一中确定的定向钻孔的目标靶区，选择已掘巷道或施工措施巷建设钻场，所述钻场内钻孔的开孔标高低于所述目标靶区标高，采用长距离定向钻孔，超前截引已知位置的老空水；
步骤三、在采区内掘进巷道时，利用瞬变电磁法和高密度直流电法探查巷道迎头前方老空富水异常区；
步骤四、若步骤三中未探查到巷道迎头前方存在老空富水异常区，在巷道迎头布置常规钻孔以进行钻探验证，且对每个钻孔进行内窥测斜，并在图上对比实钻轨迹与设计轨迹的误差，若误差较大，则需增加探查钻孔；若钻探验证无异常，则允许巷道掘进，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水；
步骤五、若步骤三中探查到巷道迎头前方存在老空富水异常区，则按照步骤四中的常规钻孔方式探查，若钻孔出现涌水，则需增加探查钻孔，当钻孔涌水量较小，且衰减较快，判断为静储量时，则采用常规钻孔继续疏放老空水，并视水量衰减情况，疏放水过程中采取物探和钻探相互验证，若物探和钻探均无异常，则巷道可安全掘进，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水，若仍有异常区，则再次利用常规钻孔和物探相互验证探查；
步骤六、若步骤五中迎头常规钻孔疏放水量趋于长期稳定，水位无法下降，表明老空水存在动态补给，此时采取在采区低位利用远距离定向钻孔截引迎头老空动态补给水；
定向钻孔钻穿老空区后，通过定向钻孔、常规钻孔疏放老空水，疏放水过程中采取物探和钻探相互验证，判断物探探查强富水异常叠加区的面积变化，待巷道迎头常规钻孔涌水量、水压均降至0时，再次利用物探探查，对比多次物探探查结果，分析老空水疏放效果，确保老空水完全疏放，则再次正常掘进巷道，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水，直至巷道***形成。
上述的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于：步骤二中所述长距离定向钻孔的钻孔轨迹为：套管段、直孔段、造斜段、稳斜段、造斜段、稳斜段的6段式“U”型结构，钻孔裸孔段孔径为Φ98mm，套管段直径为Φ153mm，套管直径为Φ127mm，定向钻孔以负角度开孔，套管下至煤层底板以下稳定岩层，孔深一般控制在700m以内，利用通缆钻具沿煤层底板下部稳定岩层水平钻进，自老空区底部以10°～15°大角度自下而上斜穿老空区，钻进至老空区后，在确保钻孔、钻具安全的前提下，采用宽翼片螺旋钻具尽最大的可能在老空区内常规回转钻进。
上述的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于：步骤四中的钻探验证具体方法为：依据《煤矿防治水细则》要求，在巷道迎头布置常规钻孔，钻孔孔径为Φ75mm，开孔倾角均为正值，钻遇顶板或钻遇老空区终孔，设计孔深100m，钻孔超前距为30m，且对每个钻孔进行内窥测斜，并在图上对比实钻轨迹与设计轨迹的误差；若误差较大，则需增加探查钻孔。
上述的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于：步骤六中水位无法下降、疏放水量达到动态平衡时，将地面和井下物探强富水异常区叠加的区域作为定向钻孔的靶区，选取迎头涌水量最大的常规钻孔终孔位置作为定向钻孔的靶点。
上述的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于：所述定向钻孔的设计施工参数、工艺技术同步骤二。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用定向钻孔在采区低位提前探放地面物探异常区的老空水，实现了超前探放老空水，且从低位疏放老空水增大了成功疏放老空水的概率，减少了施工探放水措施巷的工程量，降低了生产成本，为矿井高效生产节约了时间，亦可提前消除老空水患。
2、本发明在采区低位疏放老空水，或至少要确保钻孔开孔标高低于老空区靶区标高，大角度斜穿老空区，保证了老空水从高位到低位的大落差自流。
3、本发明采用“U”型钻孔轨迹类型确保了定向钻孔可沿煤层底板以下稳定岩层水平钻进，避免了上分层老空或局部煤层破坏易造成卡钻、塌孔的情形，提高了定向钻孔的成孔率。
4、本发明将多次物探强富水异常区叠加的结果作为定向钻孔的靶区，选取迎头涌水量最大的常规钻孔终孔位置作为定向钻孔的靶点，大幅提升了定向钻孔向老空动态补给源钻进的精度。
5、本发明采用宽翼片螺旋钻具提高了老空区内的钻孔成孔率。确保了实现了大落差、远距离、高精度截引老空水，大幅缩短了迎头老空水的疏放时间，基本可实现巷道透明掘进，减少了探放水措施巷的施工，为巷道安全掘进提供了时间保障。
6、本发明疏放水期间，采取物探和钻探相互验证的方法，且常规钻孔均进行内窥测斜，不断分析、判断老空水的疏放效果，确保彻底将老空水疏放干净。
附图说明
图1为本发明“U”型钻孔的结构示意图。
图2为本发明实施例中工作面位置及地面物探异常区示意图。
图3为本发明实施例中主运巷迎头440m钻探、物探探查成果图。
图4为本发明实施例中A1钻孔探查疏放老空水原理示意图。
图5为本发明实施例中A1钻孔实钻轨迹剖面图。
图6为本发明实施例中宽翼片螺旋钻杆示意图。
图7为本发明实施例中定向钻孔平面轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合中煤华晋集团韩咀煤业有限公司为例对本发明内容进行进一步说明。
中煤华晋集团韩咀煤业有限公司由4个小煤矿及周边不宜开采的资源整合而成，主采的2#煤层上分层受到不同程度的破坏，由于小煤矿采掘方法、工艺不规范，采掘工程位置控制差，造成积水情况复杂，导致矿井采掘深受老空水患的影响。其中，32101工作面上分层破坏严重，工作面回采深受老空水害的制约，主运上山掘进一直采用传统的物探结合常规钻孔探放老空水的模式，主运巷自277m掘进至440m，共计用时1.5年，严重制约矿井安全高效生产，为解决老空水害制约巷道掘进的难题，采用本发明的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法。
本发明的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法在掌握井田水文地质条件，老空水基本分布规律的情况后，包含如下步骤：
步骤一：开展地面瞬变电磁和地面三维地震探查采区老空水分布位置、积水情况等，作为定向钻孔的目标靶区；
步骤二：根据生产接续情况，依据地面物探成果，在老空水分布明确的区域，选择已掘巷道的合适位置或施工措施巷进入采区最低位置以建设钻场，至少要确保钻孔开孔标高低于老空区靶区标高，提前设计并施工长距离定向钻孔(含分支钻孔)，超前截引已知受老空水威胁区域的积水。定向钻孔设计原则为远距离、大落差、高精度，钻孔设计轨迹为“套管段、直孔段、造斜段、稳斜段、造斜段、稳斜段”的6段式“U”型结构，钻孔裸孔段孔径为Φ98mm，套管段直径为Φ153mm，套管直径为Φ127mm，定向钻孔以负角度开孔，套管下至煤层底板以下稳定岩层，孔深一般控制在700m以内，利用通缆钻具沿煤层底板下部稳定岩层水平钻进，自老空区底部以10°～15°大角度自下而上斜穿老空区，钻进至老空区后，在确保钻孔、钻具安全的前提下，采用宽翼片螺旋钻具尽最大的可能在老空区内常规回转钻进。
步骤三：在采区内掘进巷道时，利用瞬变电磁法和高密度直流电法探查巷道迎头前方老空富水异常区；
步骤四：若瞬变电磁法和高密度直流电法未发现巷道迎头前方存在老空富水异常区，则依据《煤矿防治水细则》要求，在巷道迎头布置常规钻孔以进行钻探验证，钻孔孔径为Φ75mm，开孔倾角均为正值，钻遇顶板，或钻遇老空区终孔，设计孔深100m，钻孔超前距为30m，且对每个钻孔进行内窥测斜，并在图上对比实钻轨迹与设计轨迹的误差，若误差较大，则需增加探查钻孔；若钻探验证无异常，则允许巷道掘进70m，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水；
步骤五：若物探发现老空富水异常区，则依据《煤矿防治水细则》要求，在巷道迎头布置常规钻孔以进行钻探验证，兼具疏放老空水，且对每个钻孔进行内窥测斜，并在图上对比实钻轨迹与设计轨迹的误差；若误差较大，或钻孔出现涌水，则需增加探查钻孔，当钻孔涌水量较小，且衰减较快，判断为静储量时，则采用常规钻孔继续疏放老空水，并视水量衰减情况，疏放水过程中采取瞬变电磁法、高密度直流电法和钻探相互验证，若瞬变电磁法、高密度直流电法和钻探探查均无异常，则巷道可安全掘进不超过70m的距离，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水。若仍有异常区，则再次利用常规钻孔和瞬变电磁法、高密度直流电法相互验证探查；
步骤六：若瞬变电磁法和高密度直流电法探查发现老空富水异常区，且迎头常规钻孔疏放水量趋于长期稳定，水位无法下降，疏放水量达到动态平衡，表明老空水存在动态补给。此时采取在采区低位利用远距离定向钻孔截引迎头老空动态补给水，将地面和井下物探强富水异常区叠加的区域作为定向钻孔的靶区，选取迎头涌水量最大的常规钻孔终孔位置作为定向钻孔的靶点，定向钻孔的设计施工参数、工艺技术同步骤二。定向钻孔钻穿老空区后，通过定向钻孔、常规钻孔疏放老空水，疏放过程中采取瞬变电磁法、高密度直流电法和钻探相互验证，判断物探探查强富水异常叠加区的面积变化，待巷道迎头常规钻孔涌水量、水压均降至0时，再次利用瞬变电磁法和高密度直流电法探查，对比多次物探探查结果，分析老空水疏放效果，确保老空水完全疏放，则再次正常掘进巷道，单次掘进距离不可超过70m，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水，直至巷道***形成。
本发明解决了中煤华晋集团韩咀煤业有限公司32101工作面老空水害制约巷道掘进的难题，保障了矿井安全生产，在矿井的具体实施过程如下：
1、老空水探查
32101工作面回采前进行了地面三维地震、地面瞬变电磁和地面地质调查，以查明采区地质构造、采空区范围和积水情况，在工作面中部圈定出一富水异常区，呈不规则多边形贯穿于工作面内部和主运巷，积水线位于主运巷440m处，积水区面积约10.61×104m2，积水量约10×104m3，水位标高为+562～+612m，对主运巷掘进以及工作面安全回采带来一定的影响。地面物探圈定老空积水区位置、范围如图2所示。
地面三维地震、地面瞬变电磁能勾勒出采空区的大致位置、形态、积水量等，但不能对积水区域的范围、积水量进行准确测算，因此巷道掘进期间采用瞬变电磁法、高密度直流电法结合常规钻探，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水。
主运巷掘进至440m时，迎头瞬变电磁、高密度直流电法探查均显示迎头左前方存在老空积水，随之依据《煤矿防治水细则》在迎头施工了21个疏放水常规钻孔，分别为1～16、B1～B5钻孔，出水钻孔共8个，其中B5钻孔平均涌水量最大，为16.7m3/h，个别钻孔仅初始有微量渗水，短时间内即停止渗水，可见老空区分布零散、孤立，连通不明。两个月内主运巷一直处于停掘疏放水阶段，钻孔总涌水量长期稳定为36m3/h，水压为0.3MPa，疏放水效果不佳，分析迎头前方100m范围内存在老空动态补给水。主运巷迎头440m处钻探、物探探查成果见图3，迎头探查钻孔情况统计如表1所示。
表1主运巷440m迎头探查钻孔情况统计表
两个月后再次进行瞬变电磁、高密度直流电法探查，探查成果显示迎头左前方富水性仍较强，随之施工泄水巷，并在泄水巷25m处向东施工了5个常规钻孔，即B17～B21钻孔，以截引迎头水，截引效果不佳。主运巷迎头440m处钻探、物探探查成果如图3所示。
从图3可看出不同时间段的两次物探探查成果均显示较强富水区主要集中于主运巷迎头左前方，且在地面物探异常区范围内，叠加效果异常明显，主运巷迎头左前方尤为显著。加之较强富水区内有4个钻孔出水，且B5钻孔在此区域。故可确定迎头左前方富水性较强，因此须在标高更低点施工定向钻孔至老空区积水低洼处，以更加高效、安全地截引老空水。
2、老空水截引技术
在井巷***较低处施工远距离定向钻孔对主运巷440m处北侧老空水自老空区底部进行疏放，将老空区动态补给水通过定向钻孔(编号为A1钻孔)截引至盘区北水仓，同时也可缓解32103工作面老空水威胁，缩短常规钻孔疏放水影响时间。据迎头常规钻孔探查结果，特选取平均涌水量最大的B5钻孔终孔位置为A1钻孔靶点位置。
(1)钻孔参数设计
为了自老空区底部大角度斜穿老空区，且避免钻孔轨迹出现积水凹槽，本着钻孔尽量少在煤层中钻进的原则，特将钻孔轨迹设计为“U”型的“套管段、直孔段、造斜段、稳斜段、造斜段、稳斜段”6段式下斜-上仰孔，如图1所示，以尽早进入底板砂岩稳定层位钻进，故特选取北大巷横贯作为开孔位置，标高为+564m，与老空水水位标高+598m落差34m，可形成压差大、流速快、流量大的截引效果，同时可最大程度缓解积水凹槽，疏放水效果更佳。
在北大巷横贯保证设备正常运转的情况下，即可确定开孔位置与B5孔连线的真方位为116°。鉴于部分上分层煤层被破坏，特沿A1钻孔开孔方位设计并施工4个常规探查钻孔，以掌握开孔段2#煤层的破坏情况，以及底板以下地层分布情况，为A1钻孔开孔倾角设计提供依据。综合4个常规钻孔钻遇地层情况，考虑煤层中成孔困难，本着避免在煤层、老空区中长距离钻进的原则，实现大角度钻穿老空区的目的，特将钻孔开孔倾角设计为-5°，真方位角设计为116°，设计孔深525m，钻进层位选择在煤层底板以下2m～7m砂岩层位，套管设计深度视实际揭露地层情况决定。常规钻孔参数及探查结果见表2，A1钻孔探查疏放老空水原理见图4，A1钻孔实钻轨迹剖面如图5所示。
表2常规钻孔参数及探查结果表
(2)钻孔施工过程简述
1)套管段钻进过程
为避免钻孔偏斜，确保套管段保值性，采取定向钻进清水介质成孔工艺施工套管段。即采用Φ98mm复合片钻头+Φ73mm螺杆马达+Φ76mm探管+Φ76mm上无磁钻杆+Φ73mm通缆钻杆的钻具组合一开钻进至33m进入砂岩稳定层位，之后继续钻进至36m；采用Φ153mm扩孔钻头+Φ151mm扶正器+Φ73mm钻杆串，扩孔钻进至36m，下入34.5m的Φ127mm套管。
2)钻进至老空区之前的钻进过程
采用Φ98mm复合片钻头+Φ73mm螺杆马达+Φ76mm探管+Φ76mm上无磁钻杆+Φ73mm通缆钻杆的钻具组合沿煤层底板砂岩层位钻进至294m时，孔内出现涌水，涌水量为1.1m3/h，继续钻进至448m时，钻孔涌水量增大至5m3/h，钻进至486m，钻压为51kN，钻进速度较慢，岩性为泥质砂岩，钻孔涌水量为5m3/h，缓慢钻进至503m时，返水颜色变黑，可见少量煤渣。涌水量无明显变化，分析为老空水从裂隙渗入钻孔内导致钻孔出水。
3)钻进至老空区内的钻进过程
采用Φ98mm复合片钻头+Φ73mm螺杆马达+Φ76mm探管+Φ76mm上无磁钻杆+Φ73mm通缆钻杆的钻具组合继续钻进504m时，钻压突然减小为30kN，随之继续钻进至507m，孔内返出大量煤渣，钻孔涌水量增大为27m3/h，为判断是否进入老空区，随之尝试继续钻进3m，钻压仍为30kN，用时10min，初步判断已进入老空区底部。
疏放水1天后，钻孔涌水量减少至12m3/h，随之采用Φ98mm复合片钻头+Φ73mm宽翼片螺旋钻杆(30m长)+Φ73mm外平钻杆的钻具组合继续在老空区内钻进，并成功在老空区内钻进17m，终孔孔深为526.4m，提钻后钻孔涌水量为134m3/h，稳定涌水量为89m3/h。宽翼片螺旋钻杆如图6所示。
(3)截引效果
1)经济效益对比
根据《煤矿防治水细则》第四十四条要求，上山探水时应采用双巷掘进交替探放水，即在32101主运以北施工一条泄水巷。主运巷自277m掘进至440m，共计用时1.5年，而施工A1号定向钻孔，成功截引迎头老空水，促使巷道北侧动态补给水达到补排平衡，处于无压疏放状态，保证了巷道再次顺利掘进至558m，558m处再次遇见老窑动态补给水，巷道掘进速度再次放缓。经济效益分析对比如下：
a、定向钻孔施工后，32101主运井巷工程量(包括帮部硐室)为160m。
b、若不施工定向钻孔，采取双巷掘进探水，32101主运井巷工程量共计236m。
c、施工定向钻孔，可节约236-160＝76m井巷工程，其架棚掘进成本为152万元，综合物探费用10万元，长探人工费约40万元。
定向钻孔施工费用50万元，共计节约成本为152+10+40-50＝152万元。
2)疏放水用时对比
A1钻孔疏放水17天后，主运巷440m处迎头钻孔已不出水，之后用时20天安全掘进至558m。
3)钻孔涌水量对比
A1钻孔初始涌水量为134m3/h，稳定涌水量为89m3/h，持续80天涌水量大于20m3/h，疏放水效果明显优于常规探放水钻孔。
3、推广应用
32101工作面自2016年9月30日开始掘进，至2019年12月15日围成工作面，历时3年零三个月，共计施工6组定向钻孔，编号为A1～A6，巷道掘进和工作面内部累计疏放老空水达1300295m3，其中利用定向钻孔在低位疏放老空水351090m3，目前工作面已安全回采至180m。定向钻孔平面轨迹见图7。
由此，本发明的优点在于：
可根据采掘接续情况，在明确老空水分布的区域，提前利用定向钻孔在低位探放地面物探异常区的老空水，沿着煤层底板以下稳定岩层钻进至老空区以探查-疏放老空水，减少了施工探放水措施巷的工程量，降低了生产成本，为矿井高效生产节约了时间，亦可提前消除老空水患。
采区低位疏放老空水，或至少要确保钻孔开孔标高低于老空区靶区标高，大角度斜穿老空区，保证了老空水从高位到低位的大落差自流。“U”型钻孔轨迹类型确保了定向钻孔可沿煤层底板以下稳定岩层钻进，避免了上分层老空或局部煤层破坏易造成卡钻、塌孔的情形，提高了定向钻孔的成孔率。将多次物探强富水异常区叠加的结果作为定向钻孔的靶区，选取迎头涌水量最大的常规钻孔终孔位置作为定向钻孔的靶点，大幅提升了定向钻孔向老空动态补给源钻进的精度。宽翼片螺旋钻具提高了老空区内的钻孔成孔率。实现了超前、高效、安全、精准、大落差、远距离截引迎头老空水，基本可实现巷道透明掘进，提高了单进，亦避免了双巷掘进探放水影响造成围面时间延迟，降低了水害治理成本，有效治理了老空水害。
疏放水期间，采取物探和钻探相互验证的方法，且常规钻孔均进行内窥测斜，不断分析、判断老空水的疏放效果，确保彻底将老空水疏放干净。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、确定定向钻孔的目标靶区；采用地面瞬变电磁和地面三维地震探查采区老空水分布位置、积水情况，将采区老空水分布位置区域作为定向钻孔的目标靶区；
步骤二、根据生产接续情况和步骤一中确定的定向钻孔的目标靶区，选择已掘巷道或施工措施巷建设钻场，所述钻场内钻孔的开孔标高低于所述定向钻孔的目标靶区标高，采用长距离定向钻孔，超前截引已知位置的老空水；
步骤三、在采区内掘进巷道时，利用瞬变电磁法和高密度直流电法探查巷道迎头前方老空富水异常区；
步骤四、若步骤三中未探查到巷道迎头前方存在老空富水异常区，在巷道迎头布置常规钻孔以进行钻探验证，且对每个钻孔进行内窥测斜，并在图上对比实钻轨迹与设计轨迹的误差，若误差较大，则需增加探查钻孔；若钻探验证无异常，则允许巷道掘进，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水；
步骤五、若步骤三中探查到巷道迎头前方存在老空富水异常区，则按照步骤四中的常规钻孔方式探查，若钻孔出现涌水，则需增加探查钻孔，当钻孔涌水量较小，且衰减较快，判断为静储量时，则采用常规钻孔继续疏放老空水，并视水量衰减情况，疏放水过程中采取物探和钻探相互验证，如果物探和钻探均无异常，则巷道可安全掘进，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水，如果仍有异常区，则再次利用常规钻孔和物探相互验证探查；
步骤六、若步骤五中迎头常规钻孔疏放水量趋于长期稳定，水位无法下降，表明老空水存在动态补给，此时采取在采区低位利用远距离定向钻孔截引迎头老空动态补给水；
定向钻孔钻穿老空区后，通过定向钻孔、常规钻孔疏放老空水，疏放水过程中采取物探和钻探相互验证，判断物探探查强富水异常叠加区的面积变化，待巷道迎头常规钻孔涌水量、水压均降至0时，再次利用物探探查，对比多次物探探查结果，分析老空水疏放效果，确保老空水完全疏放，则再次正常掘进巷道，按照探水-掘进-探水循环作业的方式治理老空水，直至巷道***形成。
2.按照权利要求1所述的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于：步骤二中所述长距离定向钻孔的钻孔轨迹为：套管段、直孔段、造斜段、稳斜段、造斜段、稳斜段的6段式“U”型结构，钻孔裸孔段孔径为Φ98mm，套管段直径为Φ153mm，套管直径为Φ127mm，定向钻孔以负角度开孔，套管下至煤层底板以下稳定岩层，孔深一般控制在700m以内，利用通缆钻具沿煤层底板下部稳定岩层水平钻进，自老空区底部以10°～15°大角度自下而上斜穿老空区，钻进至老空区后，在确保钻孔、钻具安全的前提下，采用宽翼片螺旋钻具尽最大的可能在老空区内常规回转钻进。
3.按照权利要求1所述的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于：步骤四中的钻探验证具体方法为：依据《煤矿防治水细则》要求，在巷道迎头布置常规钻孔，钻孔孔径为Φ75mm，开孔倾角均为正值，钻遇顶板或钻遇老空区终孔，设计孔深100m，钻孔超前距为30m，且对每个钻孔进行内窥测斜，并在图上对比实钻轨迹与设计轨迹的误差，若误差较大，则需增加探查钻孔。
4.按照权利要求1所述的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于：步骤六中水位无法下降、疏放水量达到动态平衡时，将地面和井下物探强富水异常区叠加的区域作为定向钻孔的靶区，选取迎头涌水量最大的常规钻孔终孔位置作为定向钻孔的靶点。
5.按照权利要求4所述的一种厚煤层上分层受小窑破坏复采条件下老空水防治方法，其特征在于：所述定向钻孔的设计施工参数、工艺技术同步骤二。
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