CN114934757A - 煤层直接顶含水层井下掘进巷道淋水治理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层直接顶含水层井下掘进巷道淋水治理工艺，具体如下：在含水层布置高位钻场，位置高于煤层顶板0‑3m；在高位钻场内顺含水层方向布置一组钻孔，钻孔中下入套管；利用钻孔对含水层进行注浆，采用地面制浆、孔口高压前进式注浆工艺；钻孔注浆凝固24小时后进行扫孔验证，对出水量大于5立方米/小时的钻孔进行二次注浆，若出水量不超过5立方米/小时的钻孔作为符合掘进钻孔，在进行掘进时观测掘进巷道前方的水量变化，当符合掘进钻孔出水量加大时，停止掘进，循环再次注浆步骤直至出水量不超过5立方米/小时停止注浆。本发明掘进巷道淋水治理工艺，本着安全、高效、低成本的原则，提高了治理工艺施工效率、降低了治理工艺的成本。
Description
技术领域
本发明属于煤矿治理工艺技术领域，涉及一种煤层直接顶含水层井下掘进巷道淋水治理工艺。
背景技术
黄河北煤田后组煤直接顶板为五灰、四灰含水层，直接顶五灰含水层厚度为0.5-3m，平均厚度2m，五灰上部为四灰含水层，四灰含水层厚度为1-3m，平均厚度4m，四灰、五灰中间为泥岩夹层，厚度0-3m。在进行掘进工作时，直接顶四、五含水层经常会出现淋水的情况，为保证掘进工作面能安全掘进，必须对直接顶四、五含水层进行治理。目前，主要治理的方法有两种，一是通过施工放水孔对直接顶进行放水，但该疏水措施，疏干含水层的难度大，掘进期间仍有淋水，严重影响掘进进度；二是地面定向钻孔对煤层直接顶含水层进行注浆改造，但该工艺施工工期长，改造成本高，掘进过程中仍有淋水。
为确保直接顶含水层巷道的掘进安全，提高煤层直接顶含水层的治理效果，降低改造成本，本着安全、高效、低成本的原则，发明了煤层直接顶含水层井下掘进巷道淋水治理工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤层直接顶含水层井下掘进巷道淋水治理工艺，解决了现有技术中存在井下掘进巷道淋水的问题。
本发明所采用的技术方案是，煤层直接顶含水层井下掘进巷道淋水治理工艺，具体操作步骤如下：
步骤1、布置高位钻场：在煤层顶板的含水层布置高位钻场，位置高于煤层顶板0-3m；
步骤2、布置钻孔：在步骤1高位钻场内顺含水层方向布置一组钻孔，钻孔中下入套管；
步骤3、注浆工艺：利用步骤2钻孔对含水层进行注浆，采用地面制浆、孔口高压前进式注浆工艺；
步骤4、扫孔验证疏水：步骤3中钻孔注浆凝固24小时后，进行扫孔验证，对出水量大于5立方米/小时的钻孔进行二次注浆，若出水量小于或等于5立方米/小时的钻孔作为符合掘进钻孔，符合掘进钻孔从钻孔位置到掘进位置留有不低于20m的超前掘进距离，在进行掘进时观测掘进巷道前方的水量变化，当符合掘进钻孔出水量加大时，停止掘进，循环步骤3进行再次注浆直至出水量不超过5立方米/小时停止注浆。
本发明的特点还在于：
步骤2中下入套管具体为长度不低于20m。
步骤3中注浆压力具体为不低于含水层水压的2.5倍。
步骤1中高位钻场具体为：
若高位钻场普钻中长钻孔治理工艺时，高位钻场规格采用：长×宽×高＝4m×5m×3m，每掘进80m施工一个高位钻场；
若千米钻机长钻孔治理工艺时，高位钻场规格采用：长×宽×高＝8m×5m×3m，每掘进200-500m施工一个高位钻场。
步骤2中钻孔具体为：
若高位钻场普钻中长钻孔治理工艺时，钻孔延伸方向呈扇形布置，钻孔开孔位于直接顶含水层底部，终孔位于直接顶含水层顶部，钻孔孔径为φ133mm+φ108mm+φ75mm组合钻孔；
若千米钻机长钻孔治理工艺时，钻孔延伸方向呈平行布置，钻孔开孔位于直接顶含水层底部，终孔位于直接顶含水层顶部，钻孔孔径为φ213mm+φ152mm+φ110mm组合钻孔，钻孔间距为40-60m。
钻孔孔径为φ133mm+φ108m+φ75mm组合钻孔，具体为依次使用φ133mm、φ108mm和φ75mm的钻进行钻孔，钻孔的深度依次为20m、40-50m和直至终孔。
钻孔孔径为φ213mm+φ152mm+φ110mm组合钻孔，具体为依次使用φ213mm、φ152mm和φ110mm的钻进行钻孔，钻孔的深度依次为30m、40-50m和直至终孔。
本发明的有益效果是：
1.高位钻场普钻中长钻孔治理工艺：
(1)相对传统普钻的穿层布置钻孔，钻孔利用率大幅度提高，高位钻场内顺层钻孔利用率可以达到100％。
(2)直接顶含水层治理，根据《煤矿防治水细则》规定，“煤层内，原则上禁止探放水压高于1MPa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。如确实需要的，可以先构筑防水闸墙，并在闸墙外向内探放水。”，普通穿层布置在掘进巷道中必须构筑防水闸墙，并在闸墙外向内探放水。高位钻场内探放水，整个钻孔均位于直接顶含水层五灰内。
(3)可以利用高位钻场向临近巷道超前施工直接顶含水层治理钻孔或者疏水孔，不影响正常掘进作业，同时可以实现自然疏水。
2.千米钻机长钻孔治理工艺：
(1)钻孔利用率大幅度提高，高位钻场内顺层长钻孔利用率可以达到100％；
(2)直接顶含水层治理，现场可以直接判定出水点位置水量和水压；
(3)每个分支钻孔形成“垂直梳子状”，可以在治理直接顶含水层的同时，探查顶部治理效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明煤层直接顶含水层井下掘进巷道淋水治理工艺，具体按照以下步骤实施：
步骤1、布置高位钻场：在煤层顶板的含水层布置高位钻场，位置高于煤层顶板0-3m；
步骤2、布置钻孔：在步骤1的高位钻场内顺含水层方向布置一组钻孔，钻孔中下入套管；
具体的步骤2中下入套管长度不低于20m；
步骤3、注浆工艺：利用步骤2中的钻孔对含水层进行注浆，采用地面制浆、孔口高压前进式注浆工艺；
具体的步骤3中注浆压力不低于含水层水压的2.5倍；
步骤4、扫孔验证疏水：所述步骤3中钻孔注浆凝固24小时后，进行扫孔验证，对出水量大于5立方米/小时的钻孔进行二次注浆，若出水量小于或等于5立方米/小时的钻孔作为符合掘进钻孔，符合掘进钻孔从钻孔位置到掘进位置留有不低于20m的超前掘进距离，在进行掘进时观测掘进巷道前方的水量变化，当符合掘进钻孔出水量加大时，停止掘进，循环步骤3进行再次注浆直至出水量不超过5立方米/小时停止注浆。
实施例1
高位钻场普钻中长钻孔治理工艺：
步骤1、布置高位钻场：在煤层顶板的含水层布置高位钻场，位置高于煤层顶板0-3m；
具体的步骤1中高位钻场为：高位钻场规格采用：长×宽×高＝4m×5m×3m，每掘进80m施工一个高位钻场；
步骤2、布置钻孔：在步骤1高位钻场内顺含水层方向布置一组钻孔，钻孔中下入套管；
具体的步骤2中下入套管长度不低于20m；
具体的步骤2中钻孔为：钻孔延伸方向呈扇形布置，钻孔开孔位于直接顶含水层底部，终孔位于直接顶含水层顶部，钻孔孔径为φ133mm+φ108mm+φ75mm组合钻孔；
钻孔孔径为φ133mm+φ108m+φ75mm组合钻孔，具体为依次使用φ133mm、φ108mm和φ75mm的钻进行钻孔，所述钻孔的深度依次为20m、40-50m和直至终孔；
步骤3、注浆工艺：利用步骤2的钻孔对含水层进行注浆，采用地面制浆、孔口高压前进式注浆工艺；
具体的步骤3中注浆压力不低于含水层水压的2.5倍；
步骤4、扫孔验证疏水：所述步骤3中钻孔注浆凝固24小时后，进行扫孔验证，对出水量大于5立方米/小时的钻孔进行二次注浆，若出水量小于或等于5立方米/小时的钻孔作为符合掘进钻孔，符合掘进钻孔从钻孔位置到掘进位置留有不低于20m的超前掘进距离，在进行掘进时观测掘进巷道前方的水量变化，当符合掘进钻孔出水量加大时，停止掘进，循环步骤3进行再次注浆直至出水量不超过5立方米/小时停止注浆。
案例：
赵官井田西起F8断层，东至F4断层，北部以F11及F11-1为界，南部至煤系露头，东西长约9km，南北宽约7.2km，面积65km2。可采煤层底板标高在-200～-1500m。井田内的含水层自下而上主要有：新生界砂层，山西组砂岩、太原组一～五灰、徐灰和奥灰以及岩浆岩。山西组砂岩、太原组五灰属11煤的直接顶板，属11煤层开采的直接充水含水层，对煤层开采有直接影响。
11煤位于太原组下部五灰之下，是本井田主要的沉积煤层。可采区内煤厚0.71～2.92m，平均1.73m，直接顶板为灰色石灰岩，底板为泥岩。
七采放水巷、七采辅助放水巷、七采运输上山全煤巷道直接顶含水层治理：
(1)布置高位钻场：
钻孔布置在巷道两帮施工高位钻井硐室，高位钻场规格：长×宽×高＝4m×5m×3m，钻机硐室采用锚网支护；在硐室外侧施工排水沟，下部施工岩粉沉淀池，保证排水畅通；
(2)钻孔工艺流程：
钻机定位安装→开孔→无芯钻进→下套管→注浆法固管→耐压试验→扫孔钻进至终孔→注浆封堵；
(3)治理工程量：直接顶五灰钻孔128组，工程量13336m。
(4)施工四、五灰探查验证钻孔51个，经探查四灰内基本无水，出水点主要集中在五灰内，存在四、五灰夹层泥岩的区域，单孔最大涌水量3m3/h，水压最大2.5MPa，设计要求四、五灰内单孔出水量小于10m3/h。因此，以上五灰含水层注浆治理效果满足设计要求。
实施例2
千米钻机长钻孔治理工艺：
步骤1、布置高位钻场：在煤层顶板的含水层布置高位钻场，位置高于煤层顶板0-3m；
具体的步骤1中高位钻场为：高位钻场规格采用：长×宽×高＝8m×5m×3m，每掘进200-500m施工一个高位钻场；
步骤2、布置钻孔：在步骤1的高位钻场内顺含水层方向布置一组钻孔，钻孔中下入套管；
具体的步骤2中下入套管长度不低于20m；
具体的步骤2中钻孔为：钻孔延伸方向呈平行布置，钻孔开孔位于直接顶含水层底部，终孔位于直接顶含水层顶部，钻孔孔径为φ213mm+φ152mm+φ110mm组合钻孔，钻孔间距为40-60m；
钻孔孔径为φ213mm+φ152mm+φ110mm组合钻孔，具体为依次使用φ213mm、φ152mm和φ110mm的钻进行钻孔，所述钻孔的深度依次为30m、40-50m和直至终孔；
步骤3、注浆工艺：利用步骤2的钻孔对含水层进行注浆，采用地面制浆、孔口高压前进式注浆工艺；
具体的步骤3中注浆压力不低于含水层水压的2.5倍；
步骤4、扫孔验证疏水：所述步骤3中钻孔注浆凝固24小时后，进行扫孔验证，对出水量大于5立方米/小时的钻孔进行二次注浆，若出水量小于或等于5立方米/小时的钻孔作为符合掘进钻孔，符合掘进钻孔从钻孔位置到掘进位置留有不低于20m的超前掘进距离，在进行掘进时观测掘进巷道前方的水量变化，当符合掘进钻孔出水量加大时，停止掘进，循环步骤3进行再次注浆直至出水量不超过5立方米/小时停止注浆。
煤层顶板含水层五灰主要为岩溶水，水平方向和垂直方向上含水量变化比较大，有的地方无水，有的地方富水，特别是直接顶含水层五灰在收到采掘活动影响时，五灰内裂隙发育较多，五灰原始的富水形态发生变化，由单一的岩溶水发展为岩溶裂隙水，从而导致掘进工作面淋水不断。因此需要通过可塑性材料封堵裂隙和岩溶空间，将水封堵排挤到采掘活动区域之外。
本发明采用的高位钻场普钻中长钻孔治理工艺和千米钻机长钻孔治理工艺，就是通过在含水层内穿插施工钻孔，通过钻孔高压注浆对裂隙和岩溶空间进行全面封堵，将水封堵排挤到采掘活动区域之外，确保在采掘活动期间，顶板无淋水，达到安全掘进的目的。该工艺一是能够有效提高钻孔利用率，使钻孔利用率达到90％以上；二是能够直接揭露含水层能够随时观测含水层水量变化；三是能够实现超前对含水层的处理，也能够实现通过钻孔疏水减少掘进期间的淋水。
本发明煤层直接顶含水层井下掘进巷道淋水治理工艺，本着安全、高效、低成本的原则，提高了治理工艺施工效率、降低了治理工艺的成本。
Claims (7)
1.煤层直接顶含水层井下掘进巷道淋水治理工艺，其特征在于，具体操作步骤如下：
步骤1、布置高位钻场：在煤层顶板的含水层布置高位钻场，位置高于煤层顶板0-3m；
步骤2、布置钻孔：在步骤1所述的高位钻场内顺含水层方向布置一组钻孔，所述钻孔中下入套管；
步骤3、注浆工艺：利用步骤2所述的钻孔对含水层进行注浆，采用地面制浆、孔口高压前进式注浆工艺；
步骤4、扫孔验证疏水：所述步骤3中钻孔注浆凝固24小时后，进行扫孔验证，对出水量大于5立方米/小时的钻孔进行二次注浆，若出水量小于或等于5立方米/小时的钻孔作为符合掘进钻孔，符合掘进钻孔从钻孔位置到掘进位置留有不低于20m的超前掘进距离，在进行掘进时观测掘进巷道前方的水量变化，当符合掘进钻孔出水量加大时，停止掘进，循环步骤3进行再次注浆直至出水量不超过5立方米/小时停止注浆。
2.根据权利要求1所述的治理工艺，其特征在于，所述步骤2中下入套管具体为长度不低于20m。
3.根据权利要求1所述的治理工艺，其特征在于，所述步骤3中注浆压力具体为不低于含水层水压的2.5倍。
4.根据权利要求1所述的治理工艺，其特征在于，所述步骤1中高位钻场具体为：
若高位钻场普钻中长钻孔治理工艺时，高位钻场规格采用：长×宽×高＝4m×5m×3m，每掘进80m施工一个高位钻场；
若千米钻机长钻孔治理工艺时，高位钻场规格采用：长×宽×高＝8m×5m×3m，每掘进200-500m施工一个高位钻场。
5.根据权利要求1所述的治理工艺，其特征在于，所述步骤2中钻孔具体为：
若高位钻场普钻中长钻孔治理工艺时，所述钻孔延伸方向呈扇形布置，钻孔开孔位于直接顶含水层底部，终孔位于直接顶含水层顶部，钻孔孔径为φ133mm+φ108mm+φ75mm组合钻孔；
若千米钻机长钻孔治理工艺时，所述钻孔延伸方向呈平行布置，钻孔开孔位于直接顶含水层底部，终孔位于直接顶含水层顶部，钻孔孔径为φ213mm+φ152mm+φ110mm组合钻孔，钻孔间距为40-60m。
6.根据权利要求5所述的治理工艺，其特征在于，所述钻孔孔径为φ133mm+φ108m+φ75mm组合钻孔，具体为依次使用φ133mm、φ108mm和φ75mm的钻进行钻孔，所述钻孔的深度依次为20m、40-50m和直至终孔。
7.根据权利要求5所述的治理工艺，其特征在于，所述钻孔孔径为φ213mm+φ152mm+φ110mm组合钻孔，具体为依次使用φ213mm、φ152mm和φ110mm的钻进行钻孔，所述钻孔的深度依次为30m、40-50m和直至终孔。
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