井下探放水新型鉆孔構件及配套的沖孔處理裝置

　　一、項目背景

　　探放水鉆孔是煤礦井下探測、疏放老空積水最有效的處理方式。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常會被淤煤堵塞，導致無法正常、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，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。

　　本成果提供的新型鉆孔結構及配套的沖孔處理裝置，通過鉆孔結構的改變，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。

　　二、研究內容

　　1.基本原理

　　該新型鉆孔結構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，從而加快放水速度，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，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，借助高壓水壓力對花管及三刃吸水端頭進行沖刷清洗，實現(xiàn)對鉆孔沖孔疏通。

　　2.結構組成

　　(1)鉆孔結構

　　該鉆孔構件分為四個部分。

　　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，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

　　裝置共分為兩部分。

　　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側，通過第一變頭將護壁套管延伸出來，變頭上設置的手閘閥，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。

　　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 11.高壓水管

　　3.工藝流程

　　如圖所示，護壁套管一端與花管固定連接，另一端套設在孔口套管內，花管的另一端固定連接三刃吸水端頭;孔口套管通過法蘭與球形閘閥固定連接，球形閘閥依次通過第一變頭和第二變頭與高壓水管連接;護壁套管和花管為中空圓管。三刃吸水端頭用作吸水口及護壁套管安裝時穿過酥軟的浮煤及放水過程中防止較小快的矸石吸入鉆孔內。

　　在安裝沖孔裝置時，為防止老空水從球形閘閥中沖出來，在第一變頭上安裝有小型控水手閘閥，第一變頭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。第二變頭兩端為不同連接方式的接頭，用于第一變頭和高壓水管的連接?；ü艿墓荏w上設有若干個透水孔，用于增大吸水斷面。護壁套管與孔口套管重合段采用膨脹物進行填充固定，防止護壁套管滑落。

　　該裝置通過在鉆孔的裸孔內加裝護壁套管，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有三刃吸水端頭，老空水可以經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)有技術中采用錨索、鉆機疏孔帶來的問題。

　　三、應用效果

　　1.主要指標對比

　　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。在使用本成果前，該煤礦在探放水時，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。

　　而運用該技術施工了7個鉆孔，其中4個鉆孔從施工至放水結束，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。

　　2.應用效果

　　該裝置在某煤礦8199材料道探放水、8195溜子道第二至第五組探放水鉆孔施工中得到了應用，截止目前，未發(fā)生一例鉆孔報廢的情況，且每次疏放水的時間較之前減少了30%左右。

　　該新型鉆孔結構從施工至放水過程中，減少了鉆孔塌孔、堵塞的概率，并且杜絕了與鉆孔孔徑相當?shù)捻肥?，造成鉆孔報廢。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。

　　3.經濟效益

　　本成果中的新型鉆孔結構所運用到的三刃吸水端頭為自己使用角鐵加工的，僅護壁套管產生一定的費用，以每個鉆孔50m計算，產生的費用僅僅3000-4000元左右。

　　使用本成果后，避免了鉆孔報廢現(xiàn)象。以一個50m的鉆孔為例，報廢一個鉆孔就損失6萬元左右。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、推廣應用前景

　　該裝置適用于煤礦井下采掘工作面，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，使用本成果能帶來較好的效果。該裝置可以運用于絕大多數(shù)煤礦井下老空水探放工程中，具有較好的應用前景。