關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務(wù)站工作會的通知

一、技術(shù)背景

探放水鉆孔是煤礦井下探測、疏放老空積水的最有效的處理方式。由于老空區(qū)底部往往存在大量淤煤，鉆孔在疏放水的時候經(jīng)常會被淤煤堵塞，導(dǎo)致無法正常、有效的疏放積水，以至于無法消除水害隱患，使得生產(chǎn)施工被迫停止。傳統(tǒng)解決辦法是使用長錨索進行人工疏通，短距離、低水壓、小水量的積水空間尚可使用該方法，若遇到高水壓、遠距離、大水量的積水空間，則該方法就不再適應(yīng)，只能再次使用鉆機進行疏孔，存在二次疏孔時塌孔、埋鉆的風險。

二、成果內(nèi)容

1.基本原理

本新型鉆孔結(jié)構(gòu)主要運用三刃吸水端頭的尖角頂開較小的矸石，防止矸石進入鉆孔造成堵塞；花管主要運用密集的吸水小孔，增加吸水面積，加快放水速度，同時又起到過濾作用；護壁套管運用無縫鋼管的拱形抗壓性質(zhì)，對鉆孔起到支撐保護作用。

當鉆孔存在堵塞等情況時，通過煤礦井下供水管路、采掘工作面的加壓水箱等，連接鉆孔沖孔處理裝置，運用高壓水的壓力對花管及三刃吸水端頭進行沖刷清洗，從而實現(xiàn)疏通鉆孔。

本新型鉆孔結(jié)構(gòu)及配套的沖孔處理裝置，通過鉆孔結(jié)構(gòu)的改變，使鉆孔在整體上不發(fā)生塌孔，再配合使用沖孔處理裝置，從而解決鉆孔在疏放水的過程中發(fā)生堵塞的問題。

2.關(guān)鍵技術(shù)

（1）鉆孔結(jié)構(gòu)分為四部分

第一部分為最前端的三刃吸水端頭，該端頭的尖角便于套管在按照過程中可以順利穿過裸孔的煤（巖）粉、碎屑等。當套管安裝到位后，開始疏放水時，三刃端頭還可以頂開鉆孔吸水口附近的矸石，尤其是與鉆孔孔徑相當?shù)捻肥?，一旦該矸石吸入鉆孔內(nèi)，最容易堵塞鉆孔。

第二部分為前段5-10的花管，主要用于穿過老空區(qū)的淤煤層，上面設(shè)置的吸水小孔用于增加吸水面積，可以加快吸水速度，并起到過濾的作用。

第三部為護壁套管，主要用于支撐鉆孔，防止鉆孔在動壓及其他因素影響下造成鉆孔塌孔、堵塞等。

第四部分為球型閘閥，設(shè)置在護壁套管外端，用于控制鉆孔出水量及水壓，便于現(xiàn)場排水系統(tǒng)排水。

（2）鉆孔沖孔裝置分為兩部分

第一部分為第一變頭，由于護壁套管的出水口在鉆孔球型閘閥的內(nèi)側(cè)，通過第一變頭將護壁套管延伸出來，變頭上設(shè)置的手閘閥，用于水量、水壓控制。

第二部分為第二變頭，用于第一變頭和高壓水管的連接，利用高壓水的壓力，對套管前段的花管及三刃吸水端頭進行沖刷清淤。

3.工藝流程

1.三刃吸水端頭 2.花管 3.護壁套管 4.孔口套管 5.膨脹物 6.球形閘閥 7.第一變頭 8.第二變頭 9.小型控水手閘閥 10.高壓水管

成果裝置示意圖

為防止在安裝沖孔裝置時老空水從球形閘閥中沖出來，在第一變頭7上安裝有小型控水手閘閥9，第一變頭7兩端為不同直徑的同種接頭，用于對鉆孔中水量、水壓的控制以及對不同直徑的管路連接。第二變頭8兩端為不同連接方式的接頭，用于第一變頭7和高壓水管10的連接。花管2的管體上設(shè)有若干個透水孔，用于增大吸水斷面。護壁套管3與孔口套管4重合段采用膨脹物5進行填充固定，防止護壁套管滑落。

通過在鉆孔的裸孔內(nèi)加裝護壁套管，防止巖層長時間受水浸泡而造成塌孔，在護壁套管的遠端設(shè)有三刃吸水端頭，老空水可以經(jīng)過該端頭將水放進護壁套管中來，在護壁套管與三刃吸水端頭之間加裝花管，花管上設(shè)有許多透水孔，這樣可以加上進水量，且能防止矸石等塊狀物進入護壁套管。如果花管上的透水孔和三刃吸水端頭被老空水的污泥堵住，則用沖孔處理裝置來進行沖孔處理，這樣可以防止現(xiàn)有技術(shù)中采用錨索、鉆機疏孔帶來的問題。

三、應(yīng)用效果

1.應(yīng)用前情況

在使用本成果前，某煤礦于8195溜子道對7195采空區(qū)進行了探放水工作，施工的第一組7個鉆孔就有4個鉆孔由于塌孔及后期的堵孔而報廢。

2.應(yīng)用后情況

本成果主要應(yīng)用于某煤礦8199材料道對7195、7197采空區(qū)積水的疏放工作，該積水區(qū)存在積水250000m3，積水深50m。運用該技術(shù)施工了7個鉆孔，其中4個鉆孔從施工至放水結(jié)束，未發(fā)生任何的堵孔現(xiàn)象；3個孔在疏放水過程中發(fā)生不同程度的淤煤堵塞花管，在使用鉆孔沖孔處理裝置后，使用10-30MPa的高壓水進行沖孔，10-30min后即可完全將堵塞部分沖開，繼續(xù)進行有效的放水。

3. 經(jīng)濟效益情況

本新型鉆孔結(jié)構(gòu)所運用到的三刃吸水端頭為自己使用角鐵加工的，護壁套管價格一般為60-80元/m，花管為自己在護壁套管上切割加工的。

鉆孔沖孔處理裝置為自己使用廢棄的套管、接頭加工的，基本不產(chǎn)生費用。

綜上，本成果僅護壁套管產(chǎn)生一定的費用，以每個鉆孔50m計算，產(chǎn)生的費用僅僅3000-4000元左右。

使用本成果后，將避免鉆孔報廢，以一個50m的鉆孔為例，其施工費用約50000-60000元，報廢一個鉆孔就損失50000-60000元。本成果還能方便的處理鉆孔堵塞，避免了重新安裝鉆孔疏孔，提高了老空水的疏水效率，節(jié)約了大量的工時。

四、成果推廣應(yīng)用前景

本新型鉆孔結(jié)構(gòu)裝置從施工至放水過程中減少了鉆孔塌孔、堵塞的概率，杜絕了與鉆孔孔徑相當?shù)捻肥耄斐摄@孔報廢現(xiàn)象；配套的鉆孔沖孔處理裝置，可以進一步對花管、三刃吸水端頭的吸水處淤堵的淤煤進行沖洗清淤，保證了鉆孔有效放水。

對于煤礦井下老空水探放，尤其是存在較多淤煤，積水難以疏放盡的老空，使用本成果有較好的效果，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

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