地面大口径钻探技术在采空区积水疏排研究中的应用.pdf
煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第7期 2020年7月 Vo l.43 No .7 Jul. 2020 地测与水害防治 地面大口径钻探技术在采空区积水疏排研究中的应用 张泽新 (山西兰花科技创业股份有限公司望云煤矿分公司,山西晋城048000) 摘要从施工设备、钻探工艺、套管固井等工序详细阐述了地面大口径钻探技术,将该技 术在望云煤矿进行了应用,并安装DQ-n型水位智能监测系统,连续自动记录采集空积水水 位变化情况。实践表明,地面大口径钻探技术应用效果良好,采空积水水位持续下降,减少 了矿方3号煤层采空积水疏排水的成本,现其首采区内已无大面积水。 关键词大口径;钻探技术;采空积水;监测系统 中图分类号TD74 文献标识码B 文章编号2095-5979 ( 2020 ) 07-0050-03 Application of ground large-diameter drilling technology in goaf water drainage Zhang Zexin Shanxi Lanhua Technology Vent ure Corporat ion Lt d., Wangyun Mine, Jincheng 048000, China Abstract The gro und large-diameter drilling techno lo gy was described in detail fro m co nstructio n equipment, drilling techno lo gy, casing cementing and o ther pro cedures. The techno lo gy was applied in Wangyun Mine, and the DQ- H water level intelligent mo nito ring system was installed to co ntinuo usly auto matically reco rd and co llect air changes in stagnant water level. P ractice sho wed that the applicatio n effect o f large-diameter drilling techno lo gy o n the gro und was go o d, and the water level o f minedo ut water co ntinued to dro p, reduced the co st o f drainage o f go af water in the No . 3 co al seam, witho ut large area o f water in the first mining area. Key Wo rds large diameter; drilling techno lo gy; mined-o ut water; mo nito ring system 1概况 水灾是矿井生产过程中常见的灾害之一。在下 部煤层开采过程中,由于采动应力影响,在工作面 上部会形成大范围的冒落带、裂隙带和离层带,有 可能与上部煤层采空区积水导通,威胁下部工作面 安全开采。下组煤开采时,由于上部采空区可能存 在大量积水,必须加强对上部采空区积水的疏放。 随着煤炭资源的不断开采,开采技术的不断成 熟,煤炭企业对疏放煤层上部采空积水有了多种研 究,采空积水疏放技术各有不同。根据已有学者的 研究,采空积水大部分采用定向钻进技术进行井下 疏放采空积水,这种技术虽然能够疏干采空积水, 但是在技术实施、井下排水等方面存在技术要求 高、施工难度大等缺点。本研究主要结合望云煤矿 矿井水文地质条件、地质构造,采用大口径技术对 其3号煤层采空积水进行疏放,该技术的主要优点 是地面施工,场地不存在局限性,施工比较安全, 钻探过程小孔径验证,然后扩孔钻进至3号煤层采 空底部,形成低洼地带,能够更大效率疏干采空 积水。 2工程背景 望云煤矿位于山西省高平市区之北12 km处的 寺庄镇望云村,行政区划属高平市寺庄镇管辖,井 田面积16.645 2 km2,生产规模0.90 Mt/a。2008年 东区3号煤层均已开采完毕,根据国家有关政策完 成了3号煤层的设备回撤和关井闭坑工作。由于3 责任编辑张彤 DOI 10.19286/ki.cci.2020.07.013 作者简介张泽新(1986),男,山西高平人,助理工程师。 引用格式张泽新.地面大口径钻探技术在采空区积水疏排研究中的应用[J].煤炭与化工,2020 , 43(7) 50-52, 56. 50 张泽新.地面大口径钻探技术在采空区积水疏排研究中的应用 2020年第7期 号煤层埋藏相对较浅,采空区已经大面积水,矿井 于2013年5月开始对东区15号煤层进行开拓延 深,15号煤层的开拓延伸和工作面的回采工作受3 号煤层采空区积水的威胁严重,影响矿井安全高效 开采,15号至3号煤层空间位置如图]所示。 3号煤层 8 固管采用水泥标号为42.5R普通硅酸盐水泥,水灰 比为0.5,达到设计要求。 (2)二开。下部基岩段首先采用SL-500型 潜孔锤钻机进行施工,扩孔孔径为350 mm,钻具 组合为350 mm潜孑L锤及冲击器 0231 mm钻铤 51 2020年第7期煤炭与化工第43卷 0194 mm钻杆主动钻杆。 3 三开。选用SP S-600型转盘式回转钻 机,基岩段扩孔孔径为520 mm,钻具组合为 0520 mm 牙轮钻头 0203 mm 钻铤 127 mm 钻 杆主动钻杆。钻至101.68 m停钻,其中14.2 99.5 m 孔径为 520 mm, 99.5 101.68 m 孔径为 311 mm。停钻后利用JDG-5型测斜仪进行孔斜测量, 测斜结果为0.34。,符合规范要求。 大口径探孔结构如图3所示。 地面标高 903.686 m 14.2 m ■4 ■ 孔径 650 mm 套管 560 mm ► 孔径 520 mm -滤水管一 ““480 mm 空巷 2.18 m 图3大口径钻孔结构 Fig. 3 Structure o f large bo re ho le 85.3 m 3.3套管固井 3.3.1护壁管 为保证钻探工程J顺利施工,该井共下入护壁管 2次,其中小口径探孔和大口径扩孔各1次,环空 间隙用水泥封闭,具体见表3。 表3护壁管数据 Table 3 Data o f pro tective wall tube 序号 尺寸/mm管厚/mm长度An备注 1168126 小口径探孔,扩孔前撤出 25601214.2 大口径扩孔 3.3.2井壁管 上实下花通天滤水管到达现场并通过验收后, 对套管逐一丈量、编号登记。2017年10月17日 开始下管工作,在下管过程中利用重锤法检验对接 套管的垂直度,保证管口合缝、同心,并进行焊缝 连接,共计下入0480 mm X 12 mm套管10根,累 计长度99.51 mo固管采用水泥标号为42.5R普通 硅酸盐水泥,水灰比为0.5,达到设计要求。具体 数据见表4。 表4井壁管数据 Table 4 Data o f sidewall tube 编号尺寸/mm壁厚/mm单根长度/m累计长度/m 14801211.1511.15 24801211.2022.35 34801211.1633.51 44801211.1344.64 54801211.1055.74 64801211.1466.88 74801211.1778.05 84801211.1889.23 9480126.1395.36 10480124.1599.51 3.4水泵及水位监测仪安装 3.4.1 设备选用 地面大口径排水孔计划达到排水量300 m3/h, 因此,主排水孔选用400QJ400-120-220KW型井 用潜水泵,最大排水能力为400m3/h,扬水管选用 10寸无缝钢管。 水位监测仪选用DQ-H型水位遥测仪,该系 统是通过GSM GP RS无线通讯的方式实时地遥 测地下水位水温变化的一种智能监测系统。系统运 行叭设在水文长观孔孔口处的分站可以连续或定 时自动记录水位水温的变化情况,并利用GSM GP RS无线通讯模块将所测数据传送至设在监空 中心内的主站进行数据处理。 3.4.2 设备安装 为保证下泵安全及质量,利用SP S-600型回 转钻机进行下泵及扬水管的安装工作。扬水管之间 利用钢制法兰盘螺栓紧固连接,水泵电缆和水位监 测仪传感线置于法兰盘缺口处,并用铁丝将其固 定,地面电缆埋置于地下,利用P VC管保护,扬 水管数据见表5。 表5扬水管数据 Table 5 Data o f water pipeline 编号单根长度/m累计长度/m编号单根长度/m累计长度加 12.722.72105.5143.52 21.494.21115.8249.34 30.424.63125.6354.97 45.6510.28135.6360.60 55.6315.91145.5866.18 65.5721.48155.8372.01 75.5527.03165.6277.63 85.4132.44175.6283.25 95.57301185.62887 下转第56页 52 2020年第7期煤炭与化工第43卷 首先在设计时,应结合地层赋存条件和探测 位置实际情况,考虑开孔、终孔位置及所要穿过 的层位、岩性,遵循钻孔偏斜一般规律,设计钻 孔角度时应考虑如何抵消偏斜影响。如近水平钻 探时,要在设计或开孔时适当增大钻孔倾角,减 小下偏影响。 其次在开钻确定角度时,需测量人员配合放 线,达到设计要求,减小开孔角度偏差。钻机安装 要水平、稳固,钻机动力头、夹持器、钻孔要同 心,降低钻具与钻孔摩擦力及扭力,可采取钻孔保 宜措施,如在钻头后等间距安装3个钻孔扶正器。 施工过程中,要根据煤岩层的软硬,控制好泵量及 钻进速度,使煤岩屑能及时被冲走,减小岩楔作 用;遇到岩层分界面或结核时,要调低钻进速度, 平缓钻进,减小水平偏斜。适当加大正常钻进时的 钻头直径,或在满足探放水要求前提下适当减小开 孔段宜径,减小前后两段孔径级配比,减弱钻头破 岩时旷动、滑动影响。 钻孔施工完成后,结合巷道掘进时揭露或使用 钻孔测井分析仪进行测量,总结钻孔偏斜规律,更 精确地指导钻孔设计及施工。 4结 语 钻探是提高煤矿安全生产预测预报准确性的主 要手段,但钻孔质量时常达不到设计目的,造成决 策错误或带来安全隐患。镇城底矿借助钻孔测井分 析仪实测钻孔方位角、倾角等参数,量化钻孔实际 轨迹,对比设计参数,分别分析开孔角度及地质条 件、钻探因素等方面导致钻孔偏斜的原因,并总结 一定条件下的偏斜规律,对该矿及地质条件相似的 周边矿井,在本煤层施工近水平探放水钻孔及设计 中,超前预防偏斜提供一定参考,提高钻探效率。 参考文献 [1 ] 王扶志.地质工程钻探工艺与技术[M ].长沙中南大学, 200 [2] 李 军.钻孔偏斜原因浅析[J]・成都中国西部科技, 2013, 12(02) 9-10. 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