工作面相邻采空区积水威胁的消除设施及实施方案的制作方法

1.本发明是关于煤矿综采区维护领域，特别是关于一种工作面相邻采空区积水威胁的消除设施及方案。


背景技术：

2.在煤矿的煤层内经常会含有不同程度的积水，如果不对每层中的这类积水进行科学的疏导，会给综采带来许多不便。例如，西川煤矿1119工作面位于一采区西翼，工作面北邻1121工作面采空区，南邻已回采完成的1117工作面，东侧为采区集中辅助下山延伸巷，西侧为井田边界。工作面走向长度为1250m，工作面宽度为150m。工作面开采4号煤层，煤层结构中等，总体形态为小型向斜构造，工作面中部位于向斜轴部。
3.1119工作面南侧为1117采空区，留设面间煤柱27m，采空区涌水量93m3/h。根据1117、1119工作面煤层底板标高等值线分析计算，1117采空区积水面积223400m2，积水量179159m3，两个工作面之间煤柱承受积水水压最大位置位于回顺最低点，承受最大水头高度为16.9m，最大水压为0.169mpa。
4.目前1119工作面回风顺槽最低点已出现局部采空区侧渗水的情况，相邻工作面采空区积水可通过局部裂隙渗入1119工作面，成为工作面的直接充水水源，为保证1119工作面安全开采，决定对1117工作面采空区积水进行疏放，彻底消除采空区积水威胁。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种工作面相邻采空区积水威胁的消除设施，其能够有效地对工作面相邻采空区积水进行疏放，彻底消除采空区积水威胁。
7.本发明的另一目的在于提供一种工作面相邻采空区积水威胁消除设施的实施方案，其可以安全有效地保证消除设施的设置实施并发回应有的功效。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种工作面相邻采空区积水威胁的消除设施，包括多个钻机硐室，其设置在一个工作面的运输顺槽或回风顺槽靠近相邻采空区一侧的煤壁处，多个钻机硐室依据巷道底板的起伏情况沿工作面的运输顺槽或回风顺槽从高至低分段依次间隔设置，每个钻机硐室内设置多个钻孔，多个钻孔由钻机硐室一直延伸至相邻采空区的煤层内；其中从巷道顶部向下俯视，每个钻机硐室的多个钻孔之间具有夹角，且多个钻孔与巷道底板之间均具有一个向上的夹角。
9.在一优选的实施方式中，每个钻机硐室的钻孔的数量相同。
10.在一优选的实施方式中，每个钻机硐室的钻孔的数量不同。
11.在一优选的实施方式中，每个钻机硐室的多个钻孔之间的夹角相等。
12.在一优选的实施方式中，每个钻机硐室的多个钻孔之间的夹角不等。
13.在一优选的实施方式中，每个钻孔靠近钻机硐室一侧的内段的直径大于靠近相邻
采空区一侧的外段的直径。
14.在一优选的实施方式中，工作面相邻采空区积水威胁的消除设施还包括套管、花管以及水泥浆；套管嵌设在钻孔的内段之内；花管嵌设在钻孔的外段之内；以及水泥浆灌注在套管与钻孔是内段之间。
15.在一优选的实施方式中，工作面相邻采空区积水威胁的消除设施还包括连接控制装置，连接控制装置包括三通、闸阀以及压力表：三通的一端与套管密封连接；闸阀与三通的另一端连接；压力表设置在三通的第三端上。
16.在一优选的实施方式中，工作面相邻采空区积水威胁的消除设施还包括多个水仓，每个钻机硐室配置一个水仓。
17.为实现上述另一目的，本发明还提供了一种工作面相邻采空区积水威胁消除设施的实施方案，包括：在一个工作面的运输顺槽或回风顺槽靠近相邻采空区一侧的煤壁处开设多个钻机硐室；在每个钻机硐室内用钻机朝着邻采空区的煤层方向打多个钻孔，同一个钻机硐室内的多个钻孔之间都存在夹角，且每个钻孔与相邻采空区一侧的煤壁的夹角均小于90
°
；每个钻孔先采用第一直径的钻头钻出靠近钻机硐室一侧的内段，然后在内段插入套管并向套管与钻孔内段之间的缝隙中灌注水泥浆用以固管；待水泥浆灌注24小时候，采用第二直径的钻头钻出远离钻机硐室一侧的外段，外段一直延伸至相邻采空区的煤层内，其中第二直径小于第一直径；然后对每个钻孔进行30分钟1mpa的试压步骤，孔口周围不漏水为合格；在每个钻孔的套管端部安装法兰、三通、闸阀及压力表；以及在每个钻机硐室设置水仓，多个钻机硐室处的水仓的规格不同。
18.与现有技术相比，本发明的工作面相邻采空区积水威胁的消除设施及实施方案具有以下有益效果：本方案根据巷道内的高低走势，在一个工作面的运输顺槽或回风顺槽靠近相邻采空区一侧的煤壁处开设多个钻机硐室；在每个钻机硐室内用钻机朝着邻采空区的煤层方向打多个钻孔，同一个钻机硐室内的多个钻孔之间都存在夹角，且每个钻孔与相邻采空区一侧的煤壁的夹角均小于90
°
；每个钻孔先钻出靠近钻机硐室一侧的内段，然后在内段插入套管并向套管与钻孔内段之间的缝隙中灌注水泥浆固管后，再钻出远离钻机硐室一侧的外段，外段一直延伸至相邻采空区的煤层内。并在套管端头处加装连接控制装置以及在每个钻机硐室处设置蓄水的水仓。本方案通过上述消除设置以及实施方案，可以有效的对工作面相邻采空区积水进行疏放，彻底消除采空区积水威胁，同时保证各工作面的安全生产。
附图说明
19.图1是根据本发明一实施方式的工作面疏放水施工示意图；
20.图2是图1的ⅰ—ⅰ处的剖面示意图；
21.图3是图1的ⅱ—ⅱ处的剖面示意图；
22.图4是根据本发明一实施方式的分段疏放水位置示意图；
23.图5是根据本发明一实施方式的钻孔结构的放大示意图。
24.主要附图标记说明：
[0025]1‑
1119回风顺槽，2
‑
水仓，3
‑
钻机硐室，5
‑
1117运输顺槽，6
‑
1117采空区，101、102、103、201、202、203
‑
钻孔，1021、2021
‑
套管，1022、2022
‑
连接控制装置。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0027]
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0028]
如图1至图3所示，根据本发明优选实施方式的一种工作面相邻采空区积水威胁的消除设施，包括设置在一个工作面的运输顺槽或回风顺槽靠近相邻采空区一侧的煤壁处的多个钻机硐室3，多个钻机硐室依据巷道底板的起伏情况沿工作面的运输顺槽或回风顺槽从高至低分段依次间隔设置，每个钻机硐室内设置多个钻孔，多个钻孔由钻机硐室一直延伸至相邻采空区的煤层内；其中从巷道顶部向下俯视，每个钻机硐室的多个钻孔之间具有夹角，且多个钻孔与巷道底板之间均具有一个向上的夹角。此外，在每个钻机硐室处都在设置一个水仓2用以储存疏放出来的煤层积水。
[0029]
以下以西川煤矿1119工作面和相邻的1117工作面的采空区积水威胁的消除设施以及实施方案为例做详细叙述。
[0030]
1.疏放水位置及方法
[0031]
请参阅图1所示，1119工作面回风顺槽1位于1117工作面采空区6的一侧，本次疏放水采用在1119工作面回风顺槽1向1117工作面采空区6施工疏放水钻孔(101、102、103、201、202、203)的方法对采空区积水进行疏放。为确保疏放水施工安全，采用由高向低施工采空区探放水钻孔，分段疏放逐步降低水位，一般情况下会依据巷道内的高低走向设置具体的钻机硐室位置，某一段的最高点和最低点一般都应该设置相应的钻机硐室，具体探放水工程按如下原则布设：
[0032]
根据采空区积水高度16.9m，本次采空区积水分两段疏放。
[0033]
1)首组探放水钻孔目的标高为 958.4m，地点位于1119工作面回风顺槽6号测点向里19m左右位置，起到确定采空区积水标高，降低积水位的作用；第二组探放钻孔位于采空区最低点(回风顺槽向斜轴部水仓位置)，将采空区积水疏放至与1119工作面回顺底板最低点标高相近。
[0034]
2)在打钻地点施工钻机硐室及水仓，1号钻场钻机硐室规格为：长
×
深＝5
×
3m左右，水仓规格为：长
×
宽
×
深＝4
×
2.5
×
1.5m左右，水仓容积为13.5m3；2号钻场钻机硐室规格为：长
×
深＝6
×
4m左右，水仓规格为：长
×
宽
×
深＝6
×4×
1.5m左右，水仓容积为36m3，布设钻孔方位角一般与煤壁夹角小于90
°
。原则上每处水仓的规格大小与该处钻机硐室的疏水量相匹配，一般位置较低位置的水仓容积要大一些。
[0035]
本实施例的钻机硐室虽然设置在1119回风顺槽一侧，但本发明并不以此为限，根据实际需要同样可以设置在运输顺槽一侧。
[0036]
2.钻孔布设
[0037]
请参阅图2和图3所示，采空区疏放水遵循“逐步疏放”原则，根据巷道底板起伏情况，布设2组钻孔对1117采空区积水进行疏放，钻孔参数见表1。
[0038]
表1钻孔参数一览表
[0039]
[0040][0041]
根据工作面构造情况，钻孔施工顺序为101～203依次施工，待101～103钻孔水压均降至0.089mpa以下之后，再施工201～203钻孔进行疏放水。由于1119工作面标高整体略高于1117采空区，为保证钻孔疏水效果，设计钻孔为 5
°
左右上山钻孔，若施工钻孔疏放水效果不佳，可继续钻进10～15m，如仍达不到设计效果，可将原孔封孔，并在同位置改变方位角重新施工钻孔，直到达到设计疏放水效果。本实施例的1号钻场和2号钻场均采用了开设三个钻孔，且钻孔之间的夹角均为45
°
左右，但本发明并不以此为限，每处钻机硐室内的钻孔数量以及之间的夹角未必相同。
[0042]
3.单孔设计
[0043]
井下疏放钻孔结构参数见表2，其结构如图5所示(钻孔孔径、止水套管孔径可根据现场适当调整)。
[0044]
表2采空区钻孔相关参数一览表
[0045][0046]
钻孔施工工序如下：
[0047]
一开：措施巷钻孔φ153mm钻进至15.5m(内段)，下入φ108mm无缝钢管(套管1021、2021)，并用水泥固管。
[0048]
二开：φ94mm钻进至终孔孔深(内段)，为防止孔内涌水失控，孔口应配备法兰盘、闸阀、三通及压力表等连接控制装置(1022、2022)。根据终孔稳定水量情况选择是否需要下入花管，如需要则花管下至终孔位置。
[0049]
固管待注入孔内的水泥浆凝固24小时后，用钻头扫孔超过孔口管长度，并进行清水耐压试验，试验压力为1mpa，持续30min，孔口周围不漏水，孔口管不活动为合格，否则需重新注浆加固，直至耐压试验合格。
[0050]
疏放水孔孔口应加装三通，闸阀和压力表等连接控制装置，便于在闸阀关闭时候实时监测采空区积水压力，换算积水标高，估算水量。
[0051]
4.施工机具及材料
[0052]
4.1钻机：本次设计疏放水钻孔施工采用钻机型号为zdy4200lps型履带钻机。
[0053]
4.2注浆泵：采用zbq
‑
27/1.5型注浆泵。
[0054]
4.3封孔材料：采用封孔囊袋、525号水泥浆封孔。
[0055]
4.4孔口管：采用φ108mm无缝钢管，孔口安设三通，闸阀和压力表。
[0056]
5.放水量估算
[0057]
根据目前1117工作面积水标高、积水范围，采用下式对采空区总积水水量进行估算：w＝kms/cosα
[0058]
式中：w—采空区积水量，m3；k—充水系数；m—采空区煤层采高(m)；s—采空区积水面积(m2)；α—煤层平均倾角(
°
)。
[0059]
上述公式计算所得的采空区总积水量179159m3，1117工作面设计采用分段降低水头压力的方法进行采空区积水疏放，逐步放水相关数据见表3，放水范围见图4。
[0060]
表3分段降低积水水位相关数据一览表
[0061][0062][0063]
如图4所示，分段疏放水位置示意图
[0064]
根据实测，1117工作面顶板含水层对采空区补给水量为90m3/h，为保证放水钻孔有效排出采空区积水，降低水位标高，本次设计钻孔疏放水量不小于150m3/h。第一段疏放采空区积水水量约为49400m3，疏放水时间约34天。第二段疏放采空区积水水量为24500m3，疏放水时间约17天。两阶段疏放水后，1117工作面采空区剩余积水约为105100m3(根据两工作面标高，剩余积水无法疏放出)，1119工作面受1117工作面积水水压降至0.035mpa。
[0065]
6.1119回风顺槽增设排水设备
[0066]
在1119回风顺槽原有排水系统不变的情况下，在1号钻场水仓增设3台bqs200
‑
50
‑
37型潜水泵，疏放水时两用一备。在1号钻场位置向外部重新敷设一趟6寸排水管路至轨道延伸巷。
[0067]
综上所述，本发明的工作面相邻采空区积水威胁的消除设施及实施方案具有以下优点：本方案根据巷道内的高低走势，在一个工作面的运输顺槽或回风顺槽靠近相邻采空区一侧的煤壁处开设多个钻机硐室；在每个钻机硐室内用钻机朝着邻采空区的煤层方向打多个钻孔，同一个钻机硐室内的多个钻孔之间都存在夹角，且每个钻孔与相邻采空区一侧的煤壁的夹角均小于90
°
；每个钻孔先钻出靠近钻机硐室一侧的内段，然后在内段插入套管并向套管与钻孔内段之间的缝隙中灌注水泥浆固管后，再钻出远离钻机硐室一侧的外段，外段一直延伸至相邻采空区的煤层内。并在套管端头处加装连接控制装置以及在每个钻机硐室处设置蓄水的水仓。本方案通过上述消除设置以及实施方案，可以有效的对工作面相邻采空区积水进行疏放，彻底消除采空区积水威胁，同时保证各工作面的安全生产。
[0068]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变
和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。