一种采空区积水自动排放方法与流程

本发明涉及采空区积水排放领域，具体而言，涉及一种采空区积水自动排放方法。

背景技术：

1、长期以来，煤炭一直是主要能源。近年来，随着社会经济发展水平的日益提高，对能源的需求与日俱增，煤炭开采强度和开采深度不断增加。许多矿区的上覆煤层已经或接近开采完毕，逐步转向下一水平的开采。对于小层间距煤层群来说，为了保证采煤工作面的安全回采，预防突水事故的发生，采煤工作面正常回采前必须对上煤层采空区进行探放水工作。

2、煤矿经过长时间的大量开采，容易出现许多的采空区，而且对其没有采取必要的措施，所以其中地势较低的采空区容易出现积水，积水的采空区严重威胁煤矿开采工程的安全。

3、采空区积水的形成原因及来源。①地下水：有些煤矿所处地带的地下水资源丰富，容易造成采空区积水；②降水：有些煤矿所处区域降水量丰富，当雨季来临时出现大量且连续的降水，使得煤矿区域的水量加大，低洼区积水，从而造成采空区积水；③地质条件：有些煤矿区域的水文地质条件独特，采空区积水可能是第四系冲击含水层所致；④日常生活排水：煤矿周边区域居民日常生活用水排放，可能回流到煤矿采空区低洼处形成积水。

4、由于煤层赋存条件和开采方式的不同，不同采煤工作面的回采速度相差很大。若不能及时回采，已经进行过疏放水工作的上覆采空区很可能二次积水，若放水钻孔因时间过长而堵塞、垮塌或放水不及时，很可能对工作面职工的人身安全造成严重危害，并影响到矿井的正常生产。因此需要一种能够长期自动放水的方法，以保证工作面的安全回采。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种采空区积水自动排放方法，旨在改善由于煤层赋存条件和开采方式的不同，不同采煤工作面的回采速度相差很大。若不能及时回采，已经进行过疏放水工作的上覆采空区很可能二次积水，若放水钻孔因时间过长而堵塞、垮塌或放水不及时，很可能对工作面职工的人身安全造成严重危害，并影响到矿井的正常生产等问题。

2、本发明实施例提供了一种采空区积水自动排放方法，包括有以下步骤：

3、s1、施工放水钻孔并放水：根据上覆采空区积水情况探测结果和地质赋存情况，在合适地点施工上覆采空区放水钻孔，放水钻孔长度、直径及角度按照煤层赋存条件及矿方钻机条件确定，然后根据积水情况设计合适的放水参数并进行放水工作；

4、s2、安设保护铁管：放水工作完成后，立即向放水钻孔内部安设每根4m长的保护铁管，保护放水钻孔，防止放水钻孔长时间垮塌，保护铁管的直径根据放水钻孔直径确定，在下入的保护铁管顶端安设一层铁砂网，防止采空区内的淤积泥浆、落煤堵塞放水钻孔；

5、s3、安设u型连通器：在放水钻孔的孔口位置安设u型连通器，u型连通器左右两侧的长度均为0.5-1.0m，连通器的u型角度根据放水钻孔角度来确定，u型连通器的一端与保护铁管进行连通，另一端则竖直向上；

6、s4、自动放水：向u型连通器内注满水，防止空气通过钻孔漏入采空区，当采空区二次积水后，积水会顺着放水钻孔流入u型连通器，积水在大气压强的作用下会自动排出。

7、在上述实现过程中，本发明通过钻孔架设保护铁管，并且连接u型连通器，当采空区二次积水后，积水会顺着放水钻孔流入u型连通器，并在重力作用下自动排出，避免了钻孔长时间垮塌堵塞问题，克服了人工放水不及时的难题，有效解决了工作面回采速度慢导致上覆采空区疏水后二次积水的危险，保证了相邻工作面的安全开采；

8、以及在保护铁管顶端安设一层铁砂网，防止采空区内的淤积泥浆、落煤等堵塞放水钻孔，u型连通器的一端与保护铁管连接，另一端则竖直向上，向u型连通器内注满水，防止空气通过钻孔漏入采空区；当采空区二次积水后，积水会顺着放水钻孔流入u型连通器，积水在大气压强的作用下会自动排出，从而有效解决了采空区疏水后二次积水危险，同时克服了放水不及时的难题。

9、在一种具体的实施方案中，所述s1中的探测结果主要采用物探化探勘查、地质构造勘查、钻探勘查和航空磁力重力勘查，所述物探化探勘查通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性和地质构造，常用的地球物探方法有直流电勘探、交流电勘探、重力勘探、磁法勘探、地震勘探、声波勘探、放射性勘探，采用声波勘探实现对底板的厚度进行检测，以及磁法勘探实现对上覆采空区积水情况进行探测。

10、在上述实现过程中，通过地球物探方法对采空区进行有效的检测，便于获取底板和积水的情况，在对底板的厚度进行检测后，便于在后续进行钻孔的时候，选取底板的最低和最薄处进行钻孔，且最低处既是积水存储的位置，便于对积水进行排出，也便于钻孔工作的进行，能够有效的实现钻通底板。

11、在一种具体的实施方案中，所述s1中的地质赋存用于对地质构造和地质赋存进行检测；

12、所述地质构造通过地球动力学进行分类处理，判定地质构造的具体类型，主要包括有推覆构造、褶皱、逆冲断裂、断陷盆地、伸展构造、走滑断裂、挤隆、拉分盆地、压扭、张扭、先压后张构造；

13、所述地质赋存包括有独立矿物、类质同象状态、超显微包体、吸附状态和与有机质结合的形式。

14、在上述实现过程中，对地质构造和地质赋存的检测，便于确定钻孔的位置，以及便于确定底板的成分，提高钻孔后底板的强度，防止塌方。

15、在一种具体的实施方案中，所述s1中的上覆采空区放水钻孔在进行钻取的时候，选择底板的厚度最为薄的地方进行钻孔处理，并且钻孔的位置避开逆冲断裂和走滑断裂的位置，容易造成塌方，以及避开推覆构造、褶皱、挤隆、压扭、张扭、先压后张构造的位置，避开难以施工。

16、在上述实现过程中，根据对地质构造和地质赋存的检测确定钻孔的位置，即能够提高钻孔的效率，减少钻孔工作的难度，防止钻孔后，破坏底板的整体性和强度，可以有效的防止底板钻孔后造成塌方的问题。

17、在一种具体的实施方案中，所述s1中放水钻孔的长度结合选取钻孔点底板的厚度和钻孔方向的倾斜角度，结合三角形的勾股定理进行计算，放水钻孔的直径根据钻机、上覆采空区积水以及地质赋存进行确定，放水钻孔的角度根据放水的角度以及地质构造进行确定，即在钻孔的时候，保持底板的整体强度，防止塌陷。

18、在上述实现过程中，根据底板的厚度和放水钻孔的倾斜度，计算放水钻孔的长度，便于后续对保护铁管的长度进行选择和组合安装，且放水钻孔的直径主要根据积水量进行判定，积水量多，则放水钻孔的直径就大，积水量少，则放水钻孔的直径就小，以及放水钻孔的倾斜，需要便于后续u型连通器的安装连接，也要保持底板的整形，防止破坏底板的整体性和强度，造成塌方。

19、在一种具体的实施方案中，所述s2中的保护铁管的长度小于放水钻孔的长度的时候，将多个保护铁管进行组合连接，通过连接法兰或者焊接进行密封连接，保护铁管的直径小于或者等于放水钻孔的直径，便于保护铁管进行插入安装在放水钻孔的内部，在保护铁管插入安装后，通过注浆水泥填充在保护铁管和放水钻孔之间的缝隙中，提高保护铁管的安装稳定性。

20、在上述实现过程中，通过连接法兰或者焊接将保护铁管进行组合连接，既能够提高保护铁管的密封性，也能够使得保护铁管的端部与钻孔的端部齐平，便于放水，且保护铁管的直径大小的选择，便于进行插入安装，即焊接后的保护铁管的直径要于放水钻孔的直径相等，连接法兰连接的保护铁管的直径要小于放水钻孔的直径，便于进行安装，以及为了提高密封性和安装固定性，通过注浆水泥进行填充安装。

21、在一种具体的实施方案中，所述s2中的铁砂网焊接在保护铁管的端部，并且铁砂网的孔径直径在5-2cm，以及保护铁管在端部与底板的上端面保持齐平或者低于底板的上端面5-3cm，便于积水进入到保护铁管的内部，实现排出。

22、在上述实现过程中，铁砂网的设定便于防止采空区内的淤积泥浆、落煤等堵塞保护铁管，并且保护铁管端面的设置，便于积水进行流入到保护铁管的内部，实现自动化的排出。

23、在一种具体的实施方案中，所述s3中的u型连通器的一端焊接有法兰盘，以及保护铁管的一端也焊接有法兰盘，且u型连通器和保护铁管之间的连接通过法兰盘进行密封连接，并且在两个法兰盘之间设有密封橡胶垫。

24、在上述实现过程中，法兰盘的设定便于将u型连通器与保护铁管进行连接，便于后续进行拆卸处理，方便对u型连通器与保护铁管的内部进行清理，以及提高密封性，实现水封处理。

25、在一种具体的实施方案中，所述u型连通器的管内直径小于所述保护铁管的管内直径，便于实现对积水排出的水流进行缓冲，并且便于实现对积水的排出水流进行实时排出，即在积水堆积在保护铁管内部的时候，能够通过两端的大气压强进行自动化的排出，提高实时排出效率，不需要搭建抽取设备进行抽取积水。

26、在上述实现过程中，通过水封处理可以提高保护铁管的密封性，防止氧气的进入，造成采空区内部的遗煤氧化，造成遗煤自燃的现象发生，且u型连通器的设定便于通过压强进行自动化的排水处理，提高排水操作的便捷性。

27、在一种具体的实施方案中，所述s4中向u型连通器中灌水，实现对u型连通器进行封堵，防止空气中的氧气进入到采空区，减少遗煤氧化，造成自燃的风险，并且u型连通器中的水在采空区中的积水进行自动排出的时候，通过内外压强，便于将水流进行排出，在排出后，u型连通器的一端是竖直设置的，依旧会存在有部分水留在u型连通器的内部，自动形成水封状态，实现自动排出积水和防止氧气进入到采空区。

28、在上述实现过程中，通过灌水便于对u型连通器进行封堵，在采空区存在有积水的时候，会自动流入到保护铁管的内部，通过大气压强的作用，使得保护铁管中的水向u型连通器内进行流动，实现自动化的排水，并且在排水后，以及会留存有部分水，形成水封效果。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果：

30、本发明通过钻孔架设保护铁管，并且连接u型连通器，当采空区二次积水后，积水会顺着放水钻孔流入u型连通器，并在重力作用下自动排出，避免了钻孔长时间垮塌堵塞问题，克服了人工放水不及时的难题，有效解决了工作面回采速度慢导致上覆采空区疏水后二次积水的危险，保证了相邻工作面的安全开采；

31、以及在保护铁管顶端安设一层铁砂网，防止采空区内的淤积泥浆、落煤等堵塞放水钻孔，u型连通器的一端与保护铁管连接，另一端则竖直向上，向u型连通器内注满水，防止空气通过钻孔漏入采空区；当采空区二次积水后，积水会顺着放水钻孔流入u型连通器，积水在大气压强的作用下会自动排出，从而有效解决了采空区疏水后二次积水危险，同时克服了放水不及时的难题。