一种顶板离层水疏放结构及施工方法与流程

1.本项技术属于井工煤矿防治水新型技术，具体涉及一种顶板离层水疏放结构及施工方法。


背景技术：

2.井工煤矿顶板水害主要是由于综采工作面煤层开采后所形成的导水裂缝带(或导水断层及其它导水通道)导通其上覆富水性强的含水层(或者采空区水、离层水等)而引起的,而顶板水一旦被导通就会形成涌(突)水,影响矿井安全正常生产；所谓离层是指煤层开采后由于岩性差异,煤层上覆基岩在采动作用下产生不同步下沉而形成的岩层分离所产生的空间,在该空间中积存的地下水就称之为离层水。
3.离层水涌水有较强的隐蔽性和突然性，不少煤矿对顶板离层水的概念不清，对其形成原理、特点、危害认识不足，应对措施不力，离层水涌水事故险情接连出现。近几年来，多处矿井综采工作面均发生过离层水透水事故，对矿井及广大矿工生命安全造成了很大威胁。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种顶板离层水疏放结构及施工方法，解决了现有的煤矿综采工作面因离层水应对措施不力导致的透水事故发生的缺陷。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.本发明提供的一种顶板离层水疏放结构，包括沿综采工作面的两侧顺槽处均设置的多组钻孔组，每组钻孔组的终孔位置处于工作面离层空间位置的上方；每组钻孔组均下设有套管。
7.优选地，每侧顺槽处的两个相邻的钻孔组之间的间距与工作面周期来压步距一致。
8.优选地，每组钻孔组包括三个钻孔，三个钻孔呈扇形结构布置，且三个钻孔等距布置。
9.优选地，两个相邻的钻孔之间的间距为工作面倾向长的1/3～1/4。
10.优选地，每个钻孔下设有套管。
11.优选地，三个钻孔中的每个钻孔在顺槽处的始孔位置处至煤层顶板朝向离层空间垂距60m处下设第一套管；三个钻孔的剩余位置分别下设一个第二套管和两个第三套管，第二套管置于两个第三套管之间；其中，第二套管的侧壁上均设有泄水孔。
12.一种顶板离层水疏放结构的施工方法，包括以下步骤：
13.综采工作面未形成离层空间时：
14.首先，预测综采工作面回采后所形成离层空间的位置；
15.其次，从顺槽处开始钻孔至工作面离层空间位置的上方，完成钻孔；
16.最后，每组钻孔组分段下设套管；
17.综采工作面形成离层空间时：
18.首先，从顺槽处开始钻孔至煤层顶板以上，形成一级孔；在一级孔内下设一级套管，并在一级套管上安装防喷装置；
19.其次，将钻杆伸入一级套管内进行钻孔直至设计孔深，完成钻孔；
20.最后，每组钻孔组分段下设套管。
21.优选地，每组钻孔组分段下设套管，具体方法是：
22.每组钻孔组包括三个钻孔，三个钻孔中的每个钻孔，自顺槽处的始孔位置处至煤层顶板朝向离层空间垂距60m处下设第一套管；三个钻孔的自垂距60m处至终孔位置采用一根第二套管和两根第三套管交叉的方式下设。
23.优选地，所述放喷装置包括安装在煤壁上的止水套管，所述止水套管的自由端通过三通管连接防喷体，所述防喷体包括防喷体本体，所述防喷体本体包括第一连接体、第二连接体和密封填料，其中，所述密封填料布置在第二连接体的内腔中；所述第一连接体和第二连接体对接连接，且第一连接体插入至第二连接体的内腔中。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明提供的一种顶板离层水疏放结构及施工方法，采用超前疏放，在工作推板前未形成离层空间时进行打钻，破坏离层空间底部泥岩隔水性，下设套管用于离层空间存水疏放，防止离层空间涌水突然涌出；
26.本发明根据矿井地质钻孔资料以及工作面情况计算工作面回采后“三带”高度及覆盖范围。确定工作面回采后可能形成离层空间位置。在工作面两顺槽提前施工钻孔破坏离层空间，提前进行探放,消除其威胁。工作面回采过程选择最佳的时机进行探放是防治此类离层水害的重要措施。
附图说明
27.图1为根据工作面周期垮落步距设计的致灾离层水疏放钻孔平面布置图；
28.图2为致灾离层水疏放钻孔剖面布置图。
具体实施方式
29.下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
30.本技术主要方式为超前疏放，在工作推板前未形成离层空间时进行打钻，破坏离层空间底部泥岩隔水性，下设套管用于离层空间存水疏放，防止离层空间涌水突然涌出。
31.本发明提供的一种顶板离层水疏放结构，包括沿综采工作面的两侧顺槽处均设置的多组钻孔组，每组钻孔组的终孔位置处于工作面离层空间位置的上方；每组钻孔组均下设有套管。
32.每侧顺槽处的两个相邻的钻孔组之间的间距与工作面周期来压步距一致。
33.每组钻孔组包括三个钻孔，三个钻孔呈扇形结构布置，且三个钻孔等距布置。
34.两个相邻的钻孔之间的间距为工作面倾向长的1/3～1/4。
35.每个钻孔下设有套管。
36.三个钻孔中的每个钻孔，自顺槽处的始孔位置处至煤层顶板朝向离层空间垂距60m处下设第一套管；三个钻孔的剩余位置分别下设一个第二套管和两个第三套管，第二套
管置于两个第三套管之间；其中，第二套管的侧壁上均设有泄水孔。
37.本发明提供的一种顶板离层水疏放方法，包括以下步骤：
38.综采工作面未形成离层空间时：
39.首先，预测综采工作面回采后所形成离层空间的位置；
40.其次，从顺槽处开始钻孔至工作面离层空间位置的上方，完成钻孔；
41.最后，每组钻孔组分段下设套管；
42.综采工作面形成离层空间时：
43.首先，从顺槽处开始钻孔至煤层顶板以上，形成一级孔；在一级孔内下设一级套管，并在一级套管上安装防喷装置；
44.其次，将钻杆伸入一级套管内进行钻孔直至设计孔深，完成钻孔；
45.最后，每组钻孔组分段下设套管。
46.每组钻孔组分段下设套管，具体方法是：
47.每组钻孔组包括三个钻孔，三个钻孔中的每个钻孔，自顺槽处的始孔位置处至煤层顶板朝向离层空间垂距60m处下设第一套管；三个钻孔的自垂距60m处至终孔位置采用一根第二套管和两根第三套管交叉的方式下设。
48.具体地施工过程：
49.1、材料选用
50.一级套管：φ140mm，壁厚8mm钢管，长度2m/根。
51.第一套管：φ89mm，长度1m/根，且为实管。
52.第二套管：φ89mm，长度1m/根，且为花管。
53.第三套管：φ89mm，长度1m/根，且为实管。
54.所述花管为套管外壁上均设有用于的放水泄水孔。
55.所述实管为常规套管。
56.钻机采用煤矿用全液压坑道钻机。
57.2、施工方式
58.综采工作面未形成离层空间，即工作面推板前提前施工时，此时工作面顶板尚未形成离层空间不存在离层积水情况，钻进期间不会出现涌水情况：
59.采用φ94mm合金钻头从顺槽处钻进至工作面离层空间位置的上方，即设计孔深，后采用φ113mm扩孔钻头进行扩孔；
60.扩孔完毕后，为防止后期离层水涌出水压过大导致顶板冲塌，进行分段下设套管，具体地：
61.在顺槽处的始孔位置处至煤层顶板朝向离层空间的垂距60m处下设第一套管，并进行水泥注浆固管；
62.三个钻孔的自垂距60m处至终孔位置采用一根第二套管和两根第三套管交叉的方式下设，其中，第二套管的侧壁上均设有泄水孔；便于离层积水从套管内流出。
63.综采工作面形成离层空间，即向工作面采空区顶板施工时，受采动影响工作面可能已经形成离层空间，此时若直接施工钻孔可能造成离层水涌出，因此：
64.钻孔施工开始后，首先，从顺槽处开始钻孔至煤层顶板以上，形成一级孔；在一级孔内下设一级套管，并在一级套管上安装防喷装置；其中，一级孔的深度根据水压确定，具
体地：
65.使用φ94mm合金钻头开始钻孔，钻孔的深度为一级套管的下设长度，后分别使用φ113mm扩孔钻头，以及φ160mm扩孔钻头依次进行扩孔；扩孔之后下设φ140mm一级套管；
66.使用p.042.5普通硅酸盐水泥全孔固管，并进行耐压试验；试验结束后，安装放喷装置；
67.接着，将钻杆伸入一级套管内进行钻孔直至设计孔深，完成钻孔，具体地：
68.采用φ94mm合金钻头伸入至一级套管内还是钻孔，直至设计孔深，后采用φ113mm扩孔钻头进行扩孔。
69.在下设套管时，在顺槽处的始孔位置处至煤层顶板朝向离层空间的垂距60m处下设φ89mm的实管；
70.三个钻孔的自垂距60m处至终孔位置采用一根第二套管和两根第三套管交叉的方式下设。
71.所述防喷装置包括安装在煤壁上的止水套管，所述止水套管的自由端通过三通管连接防喷体，所述防喷体包括防喷体本体，所述防喷体本体包括第一连接体、第二连接体和密封填料，其中，所述密封填料布置在第二连接体的内腔中；所述第一连接体和第二连接体对接连接，且第一连接体插入至第二连接体的内腔中。
72.所述第一连接体为第一法兰盘，所述第一法兰盘的一端端面上设置有第一套管，所述第一套管插入至第二连接体的内腔中。
73.所述第二连接体为第二法兰盘，所述第二法兰盘的一端端面上设置有第二套管，所述第一连接体插入至第二套管的内腔中。
74.所述密封填料为盘根。
75.钻孔施工完毕后每天观测钻孔情况，记录出水水量、钻孔水压、以及出水位置与工作面推板位置关系，分析工作面离层空间形成位置与工作面推板关系，以便下一步设计钻孔。
76.钻孔施工要充分考虑以下因素:
77.1、工作面初次及周期垮落步距；
78.2、工作面的推进速度；
79.3、致灾离层发育的位置；
80.4、钻孔施工的速度原则是在致灾离层形成前施工钻孔下设套管,破坏离层空间隔水性。探放时间过早受矿压影响可能出现塌孔情况,时间过晚有可能已出现离层积水，且影响工作面生产进度。
81.水害防治问题作为影响矿井生产安全的主要因素之一，长期以来一直是矿井水生产安全防护的重中之重，特别是随着回采深度的不断增加，井下水害问题对矿井安全的影响也越发突出。因此，矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产作业过程中积极组织专业技术人员开展针对性的分析探究，总结行之有效的水害综合防治措施，以实现对井下不同环境下水害问题的有效治理，为矿井生产安全的持续开展提供坚实保障。
82.本发明根据矿井地质钻孔资料以及工作面情况计算工作面回采后“三带”高度及覆盖范围。确定工作面回采后可能形成离层空间位置。在工作面两顺槽提前施工钻孔破坏离层空间，提前进行探放,消除其威胁。工作面回采过程选择最佳的时机进行探放是防治此
类离层水害的重要措施。