一、項(xiàng)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(shí)候經(jīng)常會(huì)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(jìn)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(yuǎn)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(jī)進(jìn)行疏孔，存在二次疏孔時(shí)塌孔、埋鉆的風(fēng)險(xiǎn)。

　　本成果提供的新型鉆孔結(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。

　　二、研究內(nèi)容

　　1.基本原理

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

　　當(dāng)鉆孔存在堵塞等情況時(shí)，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(jìn)行沖刷清洗，實(shí)現(xiàn)對鉆孔沖孔疏通。

　　2.結(jié)構(gòu)組成

　　(1)鉆孔結(jié)構(gòu)

　　該鉆孔構(gòu)件分為四個(gè)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(dāng)套管安裝到位后，開始疏放水時(shí)，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(dāng)?shù)捻肥坏┰擁肥脬@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(hù)壁套管，主要用于支撐鉆孔，防止鉆孔在動(dòng)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(hù)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(hù)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(hù)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(jìn)行沖刷清淤。

　　1.三刃吸水端頭 2.花管 3.護(hù)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(hù)壁套管一端與花管固定連接，另一端套設(shè)在孔口套管內(nèi)，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(hù)壁套管和花管為中空圓管。三刃吸水端頭用作吸水口及護(hù)壁套管安裝時(shí)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(nèi)。

　　在安裝沖孔裝置時(shí)，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。花管的管體上設(shè)有若干個(gè)透水孔，用于增大吸水?dāng)嗝妗Ｗo(hù)壁套管與孔口套管重合段采用膨脹物進(jìn)行填充固定，防止護(hù)壁套管滑落。

　　該裝置通過在鉆孔的裸孔內(nèi)加裝護(hù)壁套管，防止巖層長時(shí)間受水浸泡而造成塌孔，在護(hù)壁套管的遠(yuǎn)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(jìn)護(hù)壁套管中來，在護(hù)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(jìn)水量，且能防止矸石等塊狀物進(jìn)入護(hù)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(jìn)行沖孔處理，這樣可以防止現(xiàn)有技術(shù)中采用錨索、鉆機(jī)疏孔帶來的問題。

　　三、應(yīng)用效果

　　1.主要指標(biāo)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(shí)，施工的第一組7個(gè)鉆孔就有4個(gè)鉆孔由于塌孔及后期的堵孔而報(bào)廢。

　　而運(yùn)用該技術(shù)施工了7個(gè)鉆孔，其中4個(gè)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(gè)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(jìn)行沖孔，10-30min后即可完全將堵塞部分沖開。

　　2.應(yīng)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(yīng)用，截止目前，未發(fā)生一例鉆孔報(bào)廢的情況，且每次疏放水的時(shí)間較之前減少了30%左右。

　　該新型鉆孔結(jié)構(gòu)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(dāng)?shù)捻肥耄斐摄@孔報(bào)廢。配套的鉆孔沖孔處理裝置，可以進(jìn)一步對花管、三刃吸水端頭的吸水處淤堵的淤煤進(jìn)行沖洗清淤，保證了鉆孔有效放水。

　　3.經(jīng)濟(jì)效益

　　本成果中的新型鉆孔結(jié)構(gòu)所運(yùn)用到的三刃吸水端頭為自己使用角鐵加工的，僅護(hù)壁套管產(chǎn)生一定的費(fèi)用，以每個(gè)鉆孔50m計(jì)算，產(chǎn)生的費(fèi)用僅僅3000-4000元左右。

　　使用本成果后，避免了鉆孔報(bào)廢現(xiàn)象。以一個(gè)50m的鉆孔為例，報(bào)廢一個(gè)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(shí)。

　　四、推廣應(yīng)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(yùn)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(yīng)用前景。