井下钻孔疏水
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发布时间：2022-05-12 17:27
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时间：2023-10-15 19:03
井下钻孔疏水是通过在井下的开拓巷道中施工专门的钻孔，并使钻孔直接进入需要疏降的充水岩层（体），利用地下水的自然重力或压力水头，将含水层中的地下水有控制地疏放到井巷，再通过矿井排水系统将疏放的水排出地表，以实现含水层水的疏干或降压。井下疏水钻孔分水平孔、上仰孔、俯斜孔、下行垂直孔和上行垂直孔等多种形式。井下疏水孔多用于分散疏水或局部疏水。井下钻孔疏水系统一般由泄水钻孔、钻井硐室、引水管线（或水沟）等组成。在钻孔施工前，须开掘专门的放水硐室，如垂直钻孔需开凿钻探小井、钻场和放水短巷；水平钻孔需掘进放水石门或放水巷。当疏水对象为高承压富水含水层时，垂直孔的钻孔地坪和水平孔的钻进工作面迎头，都应按地层岩性条件和孔口所承受的水压力，砌筑好防水抗压地坪和防水挡水墙，借以封好疏水钻孔的孔口套管，同时安装好孔口控放水闸阀或防喷、控放装置，并应对钻孔附近的井巷加强支护以防止巷道变形而破坏疏水钻孔或形成钻孔透水。放水硐室或疏水石门（巷）之间的距离，取决于含水层的透水性，数十米至数百米不等。每个放水硐室的孔数和孔深，都要在钻孔疏水设计中有明确的计算分析和规定。
（1）直通式井下疏水孔
是指当开采煤层顶板导水断裂带以上存在威胁开采安全且需要疏干的充水岩层（体），或开采煤层底板以下存在着威胁开采安全，需要疏水降低水压的高承压富水含水层（体），而在井下直接施工疏放水孔不安全或根本无条件施工时，可采用从地面施工钻孔，让钻孔穿过预疏干或疏降水压的含水岩层（体）直达井下放水巷道，使含水层（体）中的地下水，通过钻孔自动泄入巷道，从而达到疏干或降压的目的。采用井下直通式疏水的疏降效果好，且设备少，控放安全，管理方便，能源消耗低；但对施工技术要求高，主要是孔斜不得超过设计规定，钻孔到达放水巷道的落点坐标和标高要准确。所以井壁管要绝对牢固，封孔止水要可靠，防止非疏水含水层水通过钻孔串通进入矿井。再则必须根据设计严格按程序施工，特别是要下好第一路孔口护壁管，以保证钻进的顺利进行。对于疏干开采煤层顶板导水断裂带以上的疏水孔，含水层段的过滤管要下准确，与上下实管要连接牢固，预留在放水巷道部位的短节管要准确到位，下部实管内外都要灌满高标号水泥浆，待其凝固后，井下开掘放水巷道找出放水孔，卸下短节管，换装放水三通闸阀；然后开动地面钻机扫通下部实管水泥，打透放水通道。对施工开采煤层底板以下降压放水孔，除需满足上述直通式钻孔施工技术要求外，尚应注意以下几点：一是作好井上下对照测量资料和图纸的检查、校核，根据设计实地测量钻孔地面坐标和标高。二是定准开采煤层底板高压富水含水层的顶板标高（深度），确定直通式放水套管下入的深度，套管底口须高于含水层顶面5m以上，并尽量选在强度高的隔水层中；在下套管封孔止水之前，钻孔不得钻入底板含水层顶面。三是采取措施保证钻孔的垂直度，孔斜不得超过设计规定。四是放水巷底板至含水层顶面的距离（隔水岩柱），要根据水压大小和隔水岩柱力学性质在设计中计算确定。五是预留的短节套管要准确下入设计的放水巷中，套管封孔止水高度要超过放水巷顶板一定的高度；同时，要求待封孔止水水泥浆凝固后，开掘放水巷找出放水孔，卸下短节管，安装放水三通闸阀，然后关严闸阀，开动地面钻机扫孔至孔底并注水试压，证明封孔止水符合要求后，再开始向含水层钻进；如遇底板含水层漏水严重，孔内水位较深，可部分开启闸阀控放，构成井下开路循环钻进，并从井下排除岩粉，但须严格操作，不可失控。典型的直通式疏水钻孔结构如图4.10所示。
图4.10 直通式疏水钻孔
（2）上行式井下疏水孔
是指当被疏水的目标含水层位于开采煤层直接顶板之上，且在开采煤层与含水层之间存在不足以保护顶板水进入矿井的隔水保护层时，在工作面回采之前，利用井下巷道作为施工场地，向顶板含水层施工垂直或近垂直钻孔，以达到疏放顶板水的目的。顶板疏水孔一般分为预先疏水孔和并行疏水孔两种类型。预先疏水孔一般可布置于工作面进、回风巷，钻孔的开口位置应尽量选择在地层岩性完整，距离回采工作面较近的地方。在钻孔施工前要根据施工地段地层的岩石力学性质和拟疏水含水层的水文地质性质（特别是水压的大小）进行钻孔结构的计算和设计，孔口套管、固孔注浆和专门的控制装置是必需的，只有这样才能保证疏水钻孔的安全性和疏水过程的可控性。只有在孔口套管、固孔注浆和专门的控制装置完成并达到设计的强度和要求时才可钻探进入含水层。由于这类疏水钻孔在工作面回采后因顶板破坏变形而被破坏，所以多用于预先疏水。当工作面开始回采时原则上应进行封闭，以确保工作面回采完成后不会造成不必要的采空排水。当工作面回采工程中需要过程疏水时，经常将疏水孔施工于工作面相邻的井巷工程中，向工作面上方施工上仰倾斜钻孔进入含水层，并使这些钻孔在工作面回采过程中不被破坏。常见的顶板上行疏水孔形式如图4.11所示。
（3）下行式井下疏水孔
是指当被疏水的目标含水层位于开采煤层直接底板之下，且在开采煤层与含水层之间存在不足以保护底板含水层高压水进入矿井的隔水保护层时，在工作面回采之前，利用井下巷道作为施工场地，向底板含水层施工垂直或近垂直钻孔，以达到疏放底板水使含水层水压降至安全水头以下的目的。施工底板含水层疏水的下行式疏水孔时，其基本原则和过程与施工顶板放水孔相似。先要根据施工地段岩层的工程地质条件和拟疏水含水层的水文地质条件（特别是含水层中的水压条件）计算分析和设计专门的疏水钻孔。孔口套管、固孔注浆和专门的控制装置必须到位并达到设计标准，确保疏水过程的可控性和疏水钻孔的安全性。常见的底板下行疏水孔形式如图4.12所示。
图4.11 顶板上行疏水孔
图4.12 底板下行疏水孔
（4）水平（近水平）式井下疏水孔
在矿井生产和建设过程中，经常会遇到被疏水的含水层位于巷道或工作面的侧方，如断层带水或倾斜含水层等。在这种情况下，经常需要从井下施工水平或近水平式井下疏水孔，以达到利用短距离疏水孔实现含水层疏水降压的效果。在井下施工水平或近水平放水孔时，除了充分考虑其他井下疏水孔在施工过程中应考虑的因素外，还应计算分析疏水孔与含水层之间应有的安全保护岩柱厚度，应在确保疏水钻孔安全的前提下尽量减少钻孔长度。常见的井下水平或近水平疏水孔形式如图4.13所示。
图4.13 井下水平或近水平疏水孔
（5）压力传递式井下疏水孔
在我国北方许多矿区会遇到对煤层底板深部高承压含水层进行疏水降压，在降低水头压力的条件下实施带水压开采，而这些矿井的开采深度往往较大，多实行多水平开采。为了减少井下疏水孔的钻孔长度，常希望将疏水孔施工于深部水平；为了减少疏放出的水排至地面的排水扬程，减少矿井排水运行电费，常希望将疏水孔施工于矿井浅部水平。为了同时兼顾疏水孔长度和矿井排水扬程两个因素，可采用压力传递式井下疏水方式，即将疏放水钻孔施工于深部水平，通过专门的疏水管线连接疏水孔口和上水平排水系统，让深部水平放出的水在水压力的作用下通过管线无需人工提供动力自动流向上部水平，然后，通过上水平矿井排水系统排至地面。
