跨越临近采空区的煤矿老空水害疏放方法与流程

本发明涉及煤矿老空水害防治，具体涉及跨越临近采空区的煤矿老空水害疏放方法。

背景技术：

1、矿井水害一直是制约我国煤炭安全生产的重要因素之一，据统计60％矿井事故与地下水作用有关，我国煤矿重特大事故中，煤矿水害事故占据较高的比例。各种形式的水涌入矿井，不仅造成生产损失和人员伤亡，导致多种环境负效应，而且还威胁着大量煤炭资源无法正常开采。

2、矿井开采范围内和周边的老空(即采空区)是主要的水患，透水事故主要就源于老空积水。探放水是防止透水事故的有效措施，煤矿必须做好探放水工作。

3、目前防治老空水的主要手段是采用常规回转钻机对老空水进行超前探放，消除老空水对煤矿生产的威胁，但目前的常规手段只能探放巷道煤柱一侧的临近采空区，如图1所示的采空区一2，采空区一2位于巷道煤柱临近一侧，超前探放处理较为方便，但是如果水患严重，其余采空区积水无法及时进行疏放，因此便会出现安全隐患，而且目前无法跨越临近采空区进行探放水，如图1所示的采空区二3以及采空区三4。并且常规钻探方法钻孔施工长度短，钻探轨迹易偏离设计参数，难以精确施工到设计的目标层位。

4、为此，本发明的设计者鉴于上述缺陷，综合井下现场施工试验，针对传统井下老空水探放方法存在的不足，研究设计出一种跨越临近采空区的煤矿老空水害疏放装置及疏放方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何解决目前无法跨越临近采空区，对其余采空区积水进行疏放的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、本发明公开了跨越临近采空区的煤矿老空水害疏放装置的疏放方法，包括如下步骤：

4、s1、通过公式计算相邻采空区水力联系临界值l；

5、s2、按照钻场所需条件布置钻场，然后施工沉渣池；

6、s3、如果煤柱厚度＜步骤s1中计算得到的相邻采空区水力联系临界值l，判定采空区二和采空区三老空水相互水力连通，仅进行定向钻孔一施工；如果煤柱厚度＞步骤s1中计算得到的相邻采空区水力联系临界值l，判定煤柱将采空区二和采空区三中的老空水完全阻隔，两采空区相互无水力连通，需增加定向钻孔二施工，即分别施工定向钻孔一和定向钻孔二；

7、s4、定向钻孔一施工后，向定向钻孔一中下止水套管并通过水泥进行固孔候凝，封固试压，直至试压合格；

8、s5、钻孔施工完毕后，测量钻孔出水量，若水量减少，则进行下钻透孔处理。

9、作为本发明进一步的方案：所述步骤s1中相邻采空区水力联系临界值l的公式如下：

10、

11、式中：a为工作面的转换半径；μ为泊松比；e为煤的抗剪强度；p为水压，计算得到相邻采空区水力联系临界值l，计算结果作为步骤s3中钻孔施工的依据。

12、作为本发明进一步的方案：所述定向钻孔一与定向钻孔二的轨迹均为u型轨迹。

13、作为本发明进一步的方案：所述定向钻孔一的施工方法为：

14、a1、首先取大孔径钻头，并将将钻机钻头的开孔倾角取-10°；

15、a2、当钻进至10m-20m深时，孔中下止水套管，套管长度8-10m,套管上分别安装法兰盘、压力表、高压闸阀；

16、a3、止水套管外壁使用聚氨酯孔壁固定、并用水泥封注；

17、a4、待钻杆钻孔进入采空区二预计底板位置后，钻杆调节至倾斜，钻孔角度从水平逐渐向顶部转向，钻孔终孔倾角取+10°。

18、作为本发明进一步的方案：所述定向钻孔二的施工方法为：

19、b1、首先取大孔径钻头，并将将钻机钻头的开孔倾角取-10°；

20、b2、当钻进至10-20m深时，孔中下止水套管，套管长度8-10m,套管上分别安装法兰盘、压力表、高压闸阀；

21、b3、止水套管外壁使用聚氨酯孔壁固定、并用水泥封注；

22、b4、待钻杆钻孔进入采空区二预计底板位置后，钻杆调节至倾斜，钻孔角度从水平逐渐向顶部转向，钻孔终孔倾角取+10；

23、b5、钻机给进压力突然下降或者突然变为0时，判断进入采空区三，此时停止钻进。

24、作为本发明进一步的方案：所述步骤s4中止水套管封固试压的操作方法为：

25、s41、固孔候凝48小时后，采用泥浆泵向孔内注水憋压，并保持压力在2.5mpa，持续时间在30min；

26、s42、然后观察孔壁及孔口管附近是否存在水渗漏现象；

27、s43、如若不漏或30min内压力下降≤0.5mpa，则说明固孔合格；如若出现渗漏或压力下降＞0.5mpa，则需要继续注浆固孔，直至试压合格。

28、作为本发明进一步的方案：该方法适用场景包括依次设在巷道一侧的采空区一、采空区二和采空区三，所述巷道与采空区二和采空区三之间开设定向钻孔机构，定向钻孔机构穿过位于采空区底部的煤层底板连通到采空区二和采空区三；

29、所述定向钻孔包括有定向钻孔一和定向钻孔二，定向钻孔一连通到采空区二，定向钻孔二连通到采空区三，定向钻孔一和定向钻孔二内均安装有套管结构。

30、作为本发明进一步的方案：所述定向钻孔一与定向钻孔二连通，且定向钻孔二连通到定向钻孔一的末端，定向钻孔二内也设有套管结构。

31、作为本发明进一步的方案：所述定向钻孔二设在定向钻孔一的下方，二者并列设置。

32、作为本发明进一步的方案：所述套管结构包括有安装在定向钻孔一和定向钻孔二内的止水套管，其中止水套管上安装有法兰盘、压力表和高压闸阀。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、一、本发明采用定向钻孔，定向钻孔通过穿入穿出煤层底板，实现钻孔跨越临近采空区，增加探放老空区范围及钻孔长度，对煤矿井下传统钻探方式无法疏放的其余采空区积水进行超前疏放，本发明可在煤矿领域推广使用，解决目前老空水对煤矿生产的威胁；

35、二、本发明通过公式计算得临界连通煤柱厚度l，计算结果作为钻孔施工的设计依据，如果煤柱厚度＜相邻采空区水力联系临界值l，判定采空区二和采空区三老空水相互水力连通，仅进行定向钻孔一施工；如果煤柱厚度＞相邻采空区水力联系临界值l，判定采空区二和采空区三中的老空水相互无水力连通性，煤柱将相邻采空区积水完全阻隔，需增加定向钻孔二施工，分别疏放采空区积水二和采空区积水三；采用上述方法可提高跨越临近采空区钻孔的精准性和安全性；通过理论公式计算避免钻孔设计的无目的性；

36、三、本发明通过在定向钻孔内安装止水套管，并对其进行固孔候凝，确保其稳定性，然后再采用泥浆泵向孔内注水憋压的方式，检测孔壁和孔口的渗漏现象，如若出现渗漏或压力下降＞0.5mpa，则需要继续注浆固孔，直至试压合格，采用上述操作可确保止水套管安装稳定和安全，防止其出现渗漏影响后续工作；

37、四、本发明钻孔第二段工程钻孔钻进，钻孔目标层位为煤层底板砂岩，钻孔轨迹距煤层底板法距10-20m，砂岩质地柔软，钻孔处理中，可使得钻孔轨迹不易偏移，钻进速度快、效率较其他层位高，较其他层位不易发生卡钻事故；钻孔距离煤层底板法距太近易在钻孔施工过程中误透煤层，钻孔距煤层底板法距太远易远离煤层，距煤层法距太近或太远最终均无法准确进入目标采空区，因此目标层位控制距煤层底板10到20m为宜。