煤矿工作面井下定向疏放水钻孔设计方案

煤矿工作面井下定向疏放水钻孔设计方案内容摘要：

水量忽略，仅取重力给水的水量值。 故本次计算中： Q 静储量 = Q 重力 =μ d•F•m（ 2） 上式中： Q 弹 —— 地下水弹性储存量； μ e—— 弹性释水系数 (可参考选取 － )； μ d—— 含水层重力给水度（根据红柳矿地质报告附表 8－ 煤层顶底板岩石物理力学性质试验成果汇总表，对 33个 2 煤顶板直罗组粗砂岩样孔隙度测试成果进行综合，其中最大值 ,最小值，平均值。 可参考选取其平均值 ）； F —— 评价区疏干范围面积； h —— 自含水层顶面算起的水头高度； m—— 含水层厚度（取 本区定向钻孔所覆盖的 3121工作面 范围内 H150 H160 H1705 三个勘探 钻孔实际揭露该段含水层厚度的平均 值 ）。 利用以上公式，分别对 定向钻孔覆盖范围内 3121工作面顶板直罗组 下段 粗砂岩的 含水层 总静储量 及下一次周期来压井下定向钻孔覆盖范围内含水层的静储量进行 估算，结果分别为 万 m m3，具体 见表 31 所示。 表 31 3121 工作面直罗组下段砂岩含水层 静储量计算表 21 估算范围 走向长度 （ m） 斜长 （ m） 含水层厚 （ m） 给水度 静储量（ 万m3） 工作面范围内下段含水层 1154 300 周期来压 （ 步距按60m 计算）内 60 300 4 项目区疏放水方案 宁煤集团所辖的鸳鸯湖矿区、马家滩矿区目前水害治理主要通过常规钻机施工大角度仰角钻孔和采用井下定向钻机施工中长距离井下定向仰角钻孔提前疏放顶板水。 为了使选择的方案可靠和合理，环境安全工程分公司分别对常规疏放水钻孔、井下定向疏放水钻孔进行了设计、对比分析，最终确定了最可行的方案。 (1)钻场布置 根据 1121 和 1122 工作面常规钻 孔布置及实际施工情况，结合3121工作面地质情况，本次常规钻孔钻场布置情况为： 工作面开切眼内布置了 2个钻场 ,即 Q1Q2；机巷自开切眼南 30m处起每隔 60m布置一个钻场共布置了 20个钻场，即 J1J20；风巷自开切眼起每隔 60m布置一个钻场共布置了 21 个钻场，即 F1F21。 (2)钻孔布置 本次工作面常规疏放水钻孔共布置了 119 个钻孔，其中开切眼布置了 7 个钻孔；机巷布置了 49 个钻孔；风巷布置了 63个钻孔。 (3)工程量情况 22 本次常规疏放水钻孔预计工程总量为 15626m,其中开切眼 868m；机巷 6343m；风巷 8415m。 (4)费用概算 根据红柳煤矿 1121 工作面施工井下常规疏放水钻孔费用情况，常规钻孔费用按照每米 816 元单价进行计算，本次工作面疏放水钻孔工程总量为 15626m，预计费用为 万元。 (5)施工工期 根据以往常规钻孔施工情况，工作面开拓好后可由风巷和机巷分别安排一台常规钻机同时进行疏放水钻孔的施工，单台钻机月进度按照 1500m进行计算，两台钻机同时施工，施工完 15626m(不考虑施工过程中需临时增加或减少的钻孔工程量 )钻孔施工工期预计需要 156天时间 (不考虑钻机频繁搬家转场的时间 )。 定向疏放水钻孔的目的 (1)继续研究中长距离定向钻机施工中长距离定向探放水钻孔的钻进工艺。 (2)对 3121工作面内顶板赋水性进行探测并提前进行疏放。 (3)根据工作面回采过程中的涌水情况对比分析常规钻孔与定向钻孔疏放水效果，为后续顶板水疏放钻孔布置提供一定的指导作用。 定向疏放水钻孔设计的原则和依据 (1)定向疏放水钻孔设计原则 23 ①定向钻场、钻孔布置 应该与工作面巷道工程围岩环境、构造条件、采掘现状 、排水通道、钻机能力 相适应。 ②定向钻孔 试 验工程尽可能以 钻孔成孔性、 提高疏放水量为目的。 ③ 钻场 位置 应 布置在试验区域的低洼处，始终保持施工仰角钻孔。 ④根据工作面含水层特点分上下两个含水层分别布置钻孔进行顶板水的疏放。 ⑤根据试验钻孔布孔间距进行项目区钻孔的布置。 ⑥根据井下定向探放水钻机能力，结合工作面情况，合理布置钻孔长度。 (2)定向疏放水钻孔设计的依据 ① 《红柳井田煤炭勘探地质报告》 ② 矿井采掘、测量、观测资料 ③ 《 3121工作面 北端冲刷带定向疏放水钻孔技术应用研究 》 ④ 《煤矿防治水规定》 定向疏放水钻孔设计 (1)钻场布置 根据项目区周边巷道、现有排水通道情况及项目区工作面倾斜情况，本次定向钻孔钻场分别布置在 3121工作面运输巷和风巷内，共布置了四个钻场。 其中，一号钻场布置在距离工作面开切眼北 40m处，二号钻场布置在距离 3121工作面运输巷二部皮带安装联络巷北 24 113m处，三号钻场布置在在距离 3121工作面运输巷二部皮带安装联络巷南 118m 处，四号钻场布置在 3121工作面回风巷内距离 31采区2 煤回风巷北 134m 的联络巷巷口处。 (2)钻孔布置 ①钻孔平面布置：本次定向探放水钻孔影响半径根据试验钻孔影响半径按照 50m进行布置，项 目区共布置了 22个主孔 3 个分支孔。 其中一号钻场布置了 7 个钻孔，钻孔编号依次为： 7；二号钻场布置了 8个主孔 1 个分支孔，钻孔编号依次为： 2 8；三号钻场布置了 5 个钻孔，钻孔编号依次为 5； 四号钻场布置了 2 个主孔 2 个分支孔，钻孔编号依次为： 1 21。 ②钻孔空间位置 :项目区目标区域 2煤老顶直罗组粗砂岩裂隙孔隙含水层是影响本井田的主要含水层，该含水层分上分层含水层和下分层含水层，本次 钻孔空间层位分别在上分层和下分层含水层中进行布置。 其中，下分层含水层中布置的钻孔有：一号钻场中 6孔；二号钻场中 2 8孔；三号钻场中 4；四号钻场中 21。 上分层含水层中布置的钻孔有：一号钻场中 7孔；二号钻场中 7孔；三号钻场中 5孔；四号钻场中 11。 综上所述，本次定向疏放水钻孔在上分层中共布置了 12个钻孔，在下分层中共布置了 10个钻孔。 (3)钻孔参数设计 25 在三维空间中，钻孔设计参数是根据试验 区二煤底板等高线、边界回风巷中相关测点，先计算出钻孔轨迹中每个控制点和钻孔靶点的 X、 Y值和轨迹方位，根据顶板情况计算出 Z值和钻孔轨迹倾角，再根据每个控制点和靶点的值，运用插值计算方法，设计中间点的各参数值 (钻孔的设计参数见附表 )。 (4)钻具组合 ①开孔： φ 96mm钻头 +φ 73mm 通缆钻杆 +φ 73mm水尾 ②扩孔： φ 165mm钻头 +φ 73mm通缆钻杆 +φ 73mm水尾 (下分层含水层钻孔 ) φ 195mm 钻头 +φ 73mm 通缆钻杆 +φ 73mm水尾 (上分层含水层钻孔 ) ③钻进： φ 96mm 钻头 +φ 76mm 螺杆马达 +φ 76mm 下无磁钻杆+φ 76mm 测量短节 +φ 76mm 上无磁钻杆 +φ 73mm 通缆钻杆 +φ 73mm 水尾 (5)钻孔结构 本次 井下 定向 疏水钻孔 均 自煤层顶板完整粉砂岩段开孔，钻孔开孔 至煤层直接顶 板粉砂岩、泥岩段。 其中，施工下分层含水层钻孔采用 φ 165mm扩孔钻头扩孔过泥岩段 下 设 φ 127mm，壁厚 6mm的孔口管 固孔，在含水层中 以 φ 96mm裸孔钻进 至终孔位置。 施工上分层含水层钻孔采用 φ 195mm 扩孔钻头进行扩孔后 下 设φ 159mm，壁厚 8mm 的孔口管 固孔， 在含水层 中 以 φ 96mm 裸孔钻进至终孔位置 ，钻孔结 构如图 4 42 所示： 26 直径96mm至终孔直径165mm直径127mm采用水泥浆进行填充直径1 2 7 m m 闸板阀 图 41 下分层含水层钻孔结构图 27 直径195mm直径159mm采用水泥浆进行填充直径127mm闸 板阀出隔水层泥岩2m直径133mm至终孔直径96mm 图 42 上分层含水层钻孔结构图 (6) 孔口装置 探放水或需要收集放水时的水量、水压等资料时， 需 要安装质量合格耐压达 4Mpa 的控水阀门（ φ 127mm闸板阀或蝶阀 ） 和 压力表。 孔口装置要同钻孔套管的法兰盘连接在一起，并且易于拆开，在测量过程中要求密封不漏水。 为了不影响钻探施工进度， 在孔口管固孔牢固后 将孔口三通连接好并且 安装 好 孔口阀门 后方可下钻。 钻 进入含水异常体部位并出水后， 边钻进边 进行水量观测。 孔口装置示意图如图 43 所示。 28 123 图 43 井下放水孔孔口装置示意图 （ 压力表 ￠ 127mm 闸板阀 ￠ 89mm 放水胶管 ） (7)固孔要求 ①固孔必须采用固孔专用设备进行固孔，固孔深度穿过 泥岩段。 ②孔口管外端必须超出巷帮 ，并采用固孔专用设备向孔内注入固孔液 (水泥砂浆 )，注完后必须保证静置到固孔液凝 固为止。 ③固孔凝固结束后 对孔口管必须进行耐压试验 ， 试验压力为 并稳定 30min 后，孔口管周围不漏水时方可钻进。 工程量情况 本次定向疏水钻孔预计工程总量为 9517m，其中一号钻场钻孔继 29 续做为试验孔进行施工，若试验成功则二号、三号、四号钻场的钻孔做为后续推广应用的钻孔进行施工，具体情况见下表： 一、一号钻场 钻场 孔号 开孔参数 分支点 （ m） 累计孔深 (m) 工程量 (m) 预计封孔长度（ m） 终孔层位下段粗砂岩含水层 方位角 倾角 一号钻场 1 30 456 456 28 上分层 2 25 498 498 37 下分层 3 30 522 522 28 上分层 4 25 552 552 37 下分层 5 30 450 450 28 上分层 6 25 279 279 37 下分层 7 30 222 222 28 上分层 合计 (m) 2979 223 二、二号钻场 钻场 孔号 开孔参数 分支点（ m） 累计孔深(m) 工程量(m) 预 计封孔长度（ m） 终孔层位下段粗砂岩含水层 方位角 倾角 二号钻场 1 25 318 318 37 下分层 2 30 324 324 28 上分层 21 99 315 216 上分层 3 25 348 348 37 下分层 4 30 381 381 28 上分层 5 25 423 423 37 下分层 6 30 471 471 28 上分层 7 25 525 525 37 下分层 8 30 334 334 28 上分层 合计 (m) 3340 260 三、三号钻场 钻场 孔号 开孔参数 分支点（ m） 累计孔深(m) 工程量(m) 预计封孔长度（ m） 终孔层位下段粗砂岩含水层 方位角 倾角 三号钻场 1 30 384 384 28 上分层 2 190 25 426 426 37 下分层 3 177 30 477 477 28 上分层 4 25 534 534 37 下分层 30 5 30 297 297 28 上分层 合计 (m) 2118 158 四、四号钻场 钻场 孔。