探放老空水中钻探技术研究及应用

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1、探放老空水中钻探技术研究及应用前言:随着矿井开采深度的增大及老空的增多，水害威胁对矿井安全生产也越凸显，防治水工作的难度不断加大，因此研究矿井地质构造，及时探放老空水对矿井安全生产具有重要意义，通过井下钻探抽排老空水是解除水害威胁最实用的方法。井下钻探工程关系到井下水、电、机、运、掘以及“一通三防”工作，其技术性较强，是一项较为复杂的系统工程。由于井下钻探受作业空间条件的制约，施工难度大，这就要求钻机硐室从设计到开掘安全合理，设备选型轻便实用，钻进工艺安全高效，钻进施工安全技术措施要具有科学性和针对性。1钻机硐室设计钻机硐室是井下钻探的作业

2、场所，关系到钻探施工的安全，质量和钻探效率，因此在设计上要充分考虑其作业空间和安全要求，同时对锚顶护帮应严格按《煤矿安全规程》要求施工。钻机硐室可依具体情况分别在巷道掘进工作面或巷道掘进工作面旁边开凿，以便于钻机施工，硐室一般尺寸：长×宽×高=5.0m×5.0m×3.6m。考虑安全因素，钻机硐室支护参数与大巷支护参数应相同，另在开口处加挂1根5m长的11#工字钢梁并打3根锚索加强支护。为便于钻机的起吊和安装，如图1所示，在钻机硐室内应设置专门的起吊点。2钻探设备选型及安装（1）选型。由于受作业空间的限制，井下钻探客观上要求施工机具外形尺寸小

3、，质量轻，便于解体分拆，易于运输安装，功率大，同时易于维修保养，操作简单易学，使用安全可靠。目前，常使用的钻机品种主要有ZL-750型、ZDY-900和ZYJ1701/270型钻机，均配Ø50mm外平钻杆，可采用BW-250型泥浆泵，钻头选用复合片钻头。（2）安装。井下钻探设备安装的总体要求：位置布置合理，基础坚实稳固，支柱安全牢固，螺丝齐全紧固，钻孔角度准确，易于钻机操作。在具体钻机安装时，操作技术要点：①按设计钻孔方位角布置钻机基础，做到基础稳固、方位角正确；②钻机吊装时钢丝绳要捆扎牢靠，吊装时密切注视吊装点锚索情况，发生异常立即停吊，

4、待查明原因后再行起吊；③钻机安装时，各紧固螺丝务必按技术要求拧紧，确保钻机安装稳固、周正；④钻机就位后在打支柱时，首先选好支点，采用可调节丝杠来紧固固定钻机的4根支柱，做到支撑点可靠、支撑角度合理；⑤钻机安装就位后，有专业电工送电，无电工上岗操作人员不得擅自作业；⑥设备送电后先进行设备试运转，其他人员注意规避，发生异常及时处理，并认真检查用电保护系统是否正常，确保用电安全。3钻探工艺3.1钻机布设及钻孔技术设计（1）钻孔布设。按巷道已揭露的煤岩层倾向，在充分分析前方地质构造的基础上，沿掘进方向在水平面或竖直面按扇形布设钻孔，钻孔数量要科学确

5、定。（2）钻孔技术设计。主要包括钻孔倾角、钻孔方位角、孔口管规格及下入深度、钻孔孔径、终孔深度、钻孔结构以及钻孔取心要求等。根据井下探查地层情况的不同，可设计不同的钻孔机构，一般要求是：孔口0～15m范围按规程要求安装适当长度的孔口管，孔径130mm；下Ø108mm套管，并用水泥固结，其余孔径75mm（图2）。孔口管结构：孔口管采用丝扣连接，孔口连接法兰盘，以便安装孔口闸阀（图3）。3.2孔口管安装孔口管安装务必做到孔口管与孔壁之间能够有效固结，即：当孔口闸阀关闭时，孔口套管能承受地层可能的水压，并且管口周边不渗漏。首先用Ø75mm小孔径钻

6、头钻进至预定位置，然后用Ø94mm钻头扩孔，最后用Ø130mm钻头扩孔。为确保孔口管安装与钻孔的设计倾角和方位相同，在施工第一径时，为了防止开孔倾角和方位偏移，要轻压慢转，防止钻孔打滑、跑偏。钻孔扩好后开始安装孔口管。若孔口管下入较长，可采用水泥浆灌注固定法；若孔口管下入较短（小于10m），可采用锚固剂外加速凝水泥固定法，按实际情况来选择使用。（1）水泥浆灌注固定法。把孔口管（一般采用Ø108mm套管）按设计要求下入已扩好的钻孔（孔径一般为Ø130mm）内，在套管口30cm处周围用面纱塞紧，然后通过焊在套管口边上的Ø12.7mm镀锌管用泥浆

7、泵往套管与孔壁之间注入水灰比为1：1的水泥浆，当有水泥浆从套管口流出时，说明套管与孔壁之间的空间已注满水泥，待水泥凝固后，孔口管即安装完成，就可以做耐压试验。（2）锚固剂外加速凝水泥固定法。按设计要求完成钻孔扩孔（孔径一般为Ø130mm）后，下入2捆（事先已按1捆14根扎好）锚杆，然后下入事先已把前部20cm用水泥封堵的井口套管，同时附带把锚固剂慢慢推入孔底。此时用专用法兰盘使孔口管与钻机钻杆连接，开动钻机旋转并给进，使孔口管旋转并顶死孔底，此时前方锚固剂瞬间因快速挤压而破损，从而使锚固剂在套管与孔壁之间瞬间混合而凝固，随后用快干水泥在孔口

8、管周围封堵，等水泥凝固后，孔口管安装即告完成。3.3孔口管安装耐压检验孔口管安装好后，在继续钻进前，应对孔口安装情况进行抗压能力检验，检查是否符合设计的抗压要求。耐压压力的选定依