[發明專利]礦用高位離層水疏放的直通式導流泄水孔及其施工方法

有效

• 申請號: 201611145322.0
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106703880B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 喬偉;雷利劍;李文平;李小琴
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F16/00
• 分類號: E21F16/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 錢麗

技術領域

本發明屬于煤礦水害范疇，涉及一種礦用高位離層水疏放的直通式導流泄水孔及其施工方法。

背景技術

隨著我國煤炭產量的不斷增加，煤礦開采深度和開采厚度不斷增大，綜合機械化設備和大采厚采煤方法的應用均對煤層覆巖造成了比之以往更大的擾動，覆巖在變形破壞過程中會產生離層，離層空間形成后可接受上覆含水層的持續性充水補給，隨著工作面推進，覆巖結構發生調整，離層發育條件變化，離層水有可能突破下位相對隔水巖層短時間內大量潰入采掘空間形成離層水害，離層水害瞬時水量極大且突水征兆不明顯，會對工作面安全生產造成重大危害，甚至造成淹井等災難性事故。

西北地區煤炭資源豐富，地質構造相對簡單，煤層產狀平緩且發育穩定，賦存條件良好，但由于煤層厚度大，開采強度劇烈等原因，覆巖變形破壞范圍較大，導致該區域煤礦離層水害較為普遍，其中以彬長、永隴等礦區最為典型。彬長礦區開采期間發生的多次離層水害，幾乎全部伴隨冒頂、煤壁片幫、支架壓死等現象，并且根據現場實測，離層水在短時間內涌突結束后，隨著煤層覆巖斷裂調整，離層閉合，砂質泥巖重新膠結恢復隔水性能，涌水通道封閉，洛河組水位可部分恢復。根據綜合鉆孔柱狀圖，西北地區地層由老到新分別為中生界三疊系中統紙坊組、銅川組；侏羅系下統富縣組、中統延安組、直羅組、安定組；白堊系下統宜君組、洛河組、華池組、羅漢洞組；新生界上第三系及第四系廣泛覆蓋其上。開采實踐表明離層主要發育于洛河組砂礫巖與下伏安定組泥巖交界，上覆巨厚層洛河組砂巖含水層本身屬于弱富水含水層，但因其本身厚度較大，儲水能力也較大，可對離層空間進行持續且充足的水量補給，形成危險性離層水體，離層水體對下伏砂質泥巖相對隔水層產生一定的荷載作用、孔隙水壓力和軟化沖刷作用，使得下伏砂質泥巖逐漸劣化，微裂隙不斷產生并持續擴張，其有效隔水層厚度逐漸減小，當下位巖層的隔水能力不足以承受離層水孔隙水壓力和荷載作用，離層水體將突破下伏砂質泥巖相對隔水層通過導水裂縫涌入采掘空間，因此有效疏放危險性離層水體是治理離層水害的關鍵問題。

目前對危險性離層水體的疏放主要采用井下施工疏放水鉆孔，鉆孔終孔設置于離層發育帶或離層積水帶，對離層水體進行控制性疏放，但對于發育層位較高的離層(距離煤層頂板170m以上)，井下施工長距仰孔較困難，且由于安定組泥質巖(圖1中J₂a段)遇水易軟化崩解，鉆孔穿越一百多米的泥巖段時孔身結構極易受到破壞，經常全面塌孔甚至埋鉆，疏放水效果不理想。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有疏放離層水技術方法的不足，提供一種煤礦高位離層水疏放的直通式導流泄水方法。

本發明的技術方案如下：

礦用高位離層水疏放的直通式導流泄水孔，包括豎直向下鉆設的變徑直通式導流泄水孔，變徑直通式導流泄水孔包括第一段鉆孔和第二段鉆孔，第一段鉆孔內嵌套第一級套管，第一級套管的直徑大于第二段鉆孔的直徑，第一段鉆孔由地表打至第四系底界以下10～20m處，第二段鉆孔接第一段鉆孔下沿打至冒落帶頂界。

第一段鉆孔的直徑為273～340mm，第一級套管的直徑為219～245mm，第二段鉆孔的直徑為152～190mm。

礦用高位離層水疏放的直通式導流泄水孔的施工方法，包括以下步驟：

步驟一、根據工作面周期閉合距、離層發育層位和離層持續時間，在工作面回采之前確定變徑直通式導流泄水孔布設的位置；

步驟二、根據工作面正常涌水和離層積水均勻下泄的總涌水量，確定第二段鉆孔的孔徑，并根據地層發育情況確定第二段鉆孔孔段的長度；

步驟三、根據第二段鉆孔的孔徑確定第一級套管的直徑和第一段鉆孔的直徑；

步驟四、首先施工第一段鉆孔，將第一段鉆孔鉆至目標深度，下入第一級套管，并進行水泥漿隔離封閉；

步驟五、第一段鉆孔合格后，根據鉆孔設計施工第二段鉆孔，施工過程中，不斷往下鉆進，穿過洛河組砂巖確保鉆孔達到冒落帶頂界面，第二段鉆孔全段為裸孔；

步驟六、離層形成期間，導致變徑直通式導流泄水孔發生變形、破壞或堵塞，變徑直通式導流泄水孔出現孔口吸風現象；

步驟七、孔口吸風停止時，表明離層空間形成和覆巖調整穩定，此時為變徑直通式導流泄水孔透孔的最佳時間，對變徑直通式導流泄水孔進行透孔；

步驟八、根據變徑直通式導流泄水孔的吸風情況，重復步驟七，進行周期性透孔；

步驟九、透孔后，變徑直通式導流泄水孔結構完整，泄水通道暢通，離層積水通過變徑直通式導流泄水孔均勻持續下泄；