煤矿井下探放水安装止水套管方法探讨

煤矿井下探放水安装止水套管方法探讨

李慧新

新疆安能爆破工程有限公司，新疆乌鲁木齐，831100

摘要：在煤矿生产过程中，逐渐开采深部煤层，矿井水随开采深度的增加越来越大，再加上小煤矿破坏上部煤层，使上部形成积水的采空区。采空区采动范围资料不祥、深部水源情况不明等情况，都给矿区的安全生产带来了威胁。在以往的探放水中直接进行探放水，在遇到水压大、煤（岩）层松软时，前方水体在孔内流速过高冲垮煤柱，极容易造成透水事故。《煤矿防止水细则》规定在预计水压大于0.1MPa的地点探水时，预先固结套管，并安装闸阀。因此，止水套管的安装质量的好坏直接关系到矿井防治水工作的成败，本文根据多年在煤矿的技术管理工作，着重探讨一下安全可靠的井下探放水止水套管的安装方法。

关键词：煤矿井下；探放水；止水套管；方法

一、岩层中探放水钻孔超前距和止水套管长度

探放水钻孔超前距与止水套管长度应根据探放水作业地点的煤岩性质、水头压力、煤岩力学强度以及采掘影响、爆破震动等因素确定。《煤矿防止水细则》第48条规定：老空积水范围、积水量不清楚的，近距离煤层开采的或者地质构造不清楚的，探放水钻孔超前距不得小于30m，止水套管长度不得小于10m；老空积水范围、积水量清楚的，根据水头值高低、煤（岩）层厚度、强度及安全技术措施等确定；沿岩层探放含水层、断层和陷落柱等含水体时，按表1确定探放水钻孔超前距和止水套管长度。

表1

二、开孔位置选择及口径

探放水开孔层位要根据所探含水体水量大小、水压高低及探水点的周围煤岩层强度而定，对探放水水量大、水压高的赋水体，开孔层位应避开煤层，选择较坚硬的岩层作为开孔层位。开孔孔径应比孔口套管大10-20mm，以便在孔口套管与孔壁之间灌注较多的水泥浆，增加孔口套管的抗水强度。开孔钻进深度应超出套管长度0.1-0.2m。并将孔内冲洗干净。

三、止水套管安装

（一）止水套管的设计与加工

为防止疏放水量过大，并能及时控制水量，根据积水点面积及预计水量的水头压力，选取疏放水止水套管的长度（最大值10m）、直径、材质作为止水套管,为便于井下搬运、安装，每根套管的长度以1.5m～2.0m 为宜，采用丝扣配套管箍连接。为便于套管的安装和封孔，套管孔口采用600mm*600m*10m钢板开孔焊接固定，四角采用φ20mm*2000mm等强度锚杆安装岩/，并在套管与孔壁之间加工φ20mm注浆/试压管，该管深入长度为1.0m，如图1所示。

（二）止水套管的安装方法

首先选用φ75mm钻头钻进10.5m（探放水钻孔除兼作堵水钻孔外，终孔孔径一般不得大于94mm），退钻后采用φ125mm钻头扩孔，扩孔后安装预先焊接好的止水套管，装好闸阀（3.0mpa）后改用φ75mm钻头正常钻进。套管安装时为防止余渣卡管，安装前必须用高压风管清理孔内余渣，然后逐根连接送入孔内，最后安装孔口平面挡板、闸阀。

图1 孔口套管安装示意

具体配制及操作方法：

封孔材料：用普硅425或525号水泥及经过筛分粒径不大于2mm冲洗干净的黄沙。将水泥调成比重为1．5～1．8kg/m³ (水灰重量比0.6-1.1)的浆液(只要泵能压入，灰浆应尽量调稠)，用钻机泥浆泵作为动力，将水泥浆通过φ20mm小气管压人套管与孔壁之间。待套管内有稀的水泥浆流出后，继续通过小管压入水泥浆，直至压力表显示恒定并有水泥浆均衡溢出时，关闭注浆闸阀并安装好套管闸阀，等待水泥浆凝固。

四、封孔质量检查

封孔结束后水泥浆必须凝固24h以上，然后通过压力泵向孔内做压水试验。在孔口水压大于等于设计压力时，孔口套管周围如没有漏(涌)水现象，说明符合要求，否则就要重新注浆加固。

五、施工注意事项

（一）探放老空水时，预计可能发生瓦斯或者其他有害气体涌出的，应当设有瓦斯检查员在现场值班，随时检查空气成分。如果瓦斯或者其他有害气体浓度超过有关规定，应当立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿井调度室，及时处理。揭露老空未见积水的钻孔应当立即封堵。

（二）放水时，应当设有专人监测钻孔出水情况，测定水量和水压，做好记录。如果水量突然变化，应当分析原因，及时处理，并立即报告矿井调度室。

（三）节理裂隙发育、岩石松软或破碎地段施工探放水孔时，应对钻孔超前距(段)进行预注浆加固，然后再安装孔口管，以保证孔口止水套管的安装质量。

（四）利用锚杆封孔器安装井下探放水孔止水套管，水泥结实速度快，强度高，收缩率低，操作方便，安全可靠。

六、结束语

本文介绍的用泥浆泵封孔器将水泥与细沙的混合物通过高压风射入孔内的套管安装方法，水泥结实强度高、收缩率低、封孔质量好、凝固时间短、安全性高，具有可操作性强的特点，对于10m以下的套管一次封闭即可达到要求，具有一定的推广价值。

参考文献：

[1]《煤矿防治水细则》2020版.

[2]《煤矿总工程师工作手册》中国矿业大学出版社，2009版.

[3]《煤矿地质学》中国矿业大学出版社，2009版.

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