井下探放水新型鑽孔構件及配套的衝孔處理裝置

　　一、項目背景

　　探放水鑽孔是煤礦井下探測、疏放老空積水最有效的處理方式。由於老空區底部往往存在大量淤煤，鑽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，以至於無法消除水害隱患，使得生產施工被迫停止。

　　傳統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，隻能再次使用鑽機進行疏孔，存在二次疏孔時塌孔、埋鑽的風險。

　　本成果提供的新型鑽孔結構及配套的衝孔處理裝置，通過鑽孔結構的改變，使鑽孔在整體上不發生塌孔，再配合使用衝孔處理裝置，從而解決鑽孔在疏放水的過程中發生堵塞的問題。

　　二、研究內容

　　1.基本原理

　　該新型鑽孔結構主要運用三刃吸水端頭的尖角頂開較小的矸石，防止矸石進入鑽孔造成堵塞;花管主要運用密集的吸水小孔，增加吸水麵積，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，對鑽孔起到支撐保護作用。

　　當鑽孔存在堵塞等情況時，通過煤礦井下供水管路、采掘工作麵的加壓水箱等，借助高壓水壓力對花管及三刃吸水端頭進行衝刷清洗，實現對鑽孔衝孔疏通。

　　2.結構組成

　　(1)鑽孔結構

　　該鑽孔構件分為四個部分。

　　第一部分為最前端的三刃吸水端頭，該端頭的尖角便於套管在按照過程中可以順利穿過裸孔的煤(岩)粉、碎屑等。當套管安裝到位後，開始疏放水時，三刃端頭還可以頂開鑽孔吸水口附近的矸石，尤其是與鑽孔孔徑相當的矸石，一旦該矸石吸入鑽孔內，最容易堵塞鑽孔。

　　第二部分為前段5-10的花管，主要用於穿過老空區的淤煤層，上麵設置的吸水小孔用於增加吸水麵積，可以加快吸水速度，並起到過濾的作用。

　　第三部為護壁套管，主要用於支撐鑽孔，防止鑽孔在動壓及其他因素影響下造成鑽孔塌孔、堵塞等。

　　第四部分為球型閘閥，設置在護壁套管外端，用於控製鑽孔出水量及水壓，便於現場排水係統排水。

　　(2)鑽孔衝孔裝置

　　裝置共分為兩部分。

　　第一部分為第一變頭，由於護壁套管的出水口在鑽孔球型閘閥的內側，通過第一變頭將護壁套管延伸出來，變頭上設置的手閘閥，用於水量、水壓控製。

　　第二部分為第二變頭，用於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衝刷清淤。

　　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鑽孔內。

　　在安裝衝孔裝置時，為防止老空水從球形閘閥中衝出來，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，用於對鑽孔中水量、水壓的控製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，用於第一變頭和高壓水管的連接。花管的管體上設有若幹個透水孔，用於增大吸水斷麵。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。

　　該裝置通過在鑽孔的裸孔內加裝護壁套管，防止岩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汙泥堵住，則用衝孔處理裝置來進行衝孔處理，這樣可以防止現有技術中采用錨索、鑽機疏孔帶來的問題。

　　三、應用效果

　　1.主要指標對比

　　某煤礦8199材料道對7195、7197采空區積水的疏放工作，該積水區存在積水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個鑽孔就有4個鑽孔由於塌孔及後期的堵孔而報廢。

　　而運用該技術施工了7個鑽孔，其中4個鑽孔從施工至放水結束，未發生任何的堵孔現象;3個孔在疏放水過程中發生不同程度的淤煤堵塞花管，在使用鑽孔衝孔處理裝置後，使用10-30MPa的高壓水進行衝孔，10-30min後即可完全將堵塞部分衝開。

　　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鑽孔施工中得到了應用，截止目前，未發生一例鑽孔報廢的情況，且每次疏放水的時間較之前減少了30%左右。

　　該新型鑽孔結構從施工至放水過程中，減少了鑽孔塌孔、堵塞的概率，並且杜絕了與鑽孔孔徑相當的矸石吸入，造成鑽孔報廢。配套的鑽孔衝孔處理裝置，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衝洗清淤，保證了鑽孔有效放水。

　　3.經濟效益

　　本成果中的新型鑽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，以每個鑽孔50m計算，產生的費用僅僅3000-4000元左右。

　　使用本成果後，避免了鑽孔報廢現象。以一個50m的鑽孔為例，報廢一個鑽孔就損失6萬元左右。本成果還能方便的處理鑽孔堵塞，避免了重新安裝鑽孔疏孔，提高了老空水的疏水效率，節約了大量的工時。

　　四、推廣應用前景

　　該裝置適用於煤礦井下采掘工作麵，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。該裝置可以運用於絕大多數煤礦井下老空水探放工程中，具有較好的應用前景。