[发明专利]矿用高位离层水疏放的直通式导流泄水孔及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿水害范畴，涉及一种矿用高位离层水疏放的直通式导流泄水孔及其施工方法。

背景技术

随着我国煤炭产量的不断增加，煤矿开采深度和开采厚度不断增大，综合机械化设备和大采厚采煤方法的应用均对煤层覆岩造成了比之以往更大的扰动，覆岩在变形破坏过程中会产生离层，离层空间形成后可接受上覆含水层的持续性充水补给，随着工作面推进，覆岩结构发生调整，离层发育条件变化，离层水有可能突破下位相对隔水岩层短时间内大量溃入采掘空间形成离层水害，离层水害瞬时水量极大且突水征兆不明显，会对工作面安全生产造成重大危害，甚至造成淹井等灾难性事故。

西北地区煤炭资源丰富，地质构造相对简单，煤层产状平缓且发育稳定，赋存条件良好，但由于煤层厚度大，开采强度剧烈等原因，覆岩变形破坏范围较大，导致该区域煤矿离层水害较为普遍，其中以彬长、永陇等矿区最为典型。彬长矿区开采期间发生的多次离层水害，几乎全部伴随冒顶、煤壁片帮、支架压死等现象，并且根据现场实测，离层水在短时间内涌突结束后，随着煤层覆岩断裂调整，离层闭合，砂质泥岩重新胶结恢复隔水性能，涌水通道封闭，洛河组水位可部分恢复。根据综合钻孔柱状图，西北地区地层由老到新分别为中生界三叠系中统纸坊组、铜川组；侏罗系下统富县组、中统延安组、直罗组、安定组；白垩系下统宜君组、洛河组、华池组、罗汉洞组；新生界上第三系及第四系广泛覆盖其上。开采实践表明离层主要发育于洛河组砂砾岩与下伏安定组泥岩交界，上覆巨厚层洛河组砂岩含水层本身属于弱富水含水层，但因其本身厚度较大，储水能力也较大，可对离层空间进行持续且充足的水量补给，形成危险性离层水体，离层水体对下伏砂质泥岩相对隔水层产生一定的荷载作用、孔隙水压力和软化冲刷作用，使得下伏砂质泥岩逐渐劣化，微裂隙不断产生并持续扩张，其有效隔水层厚度逐渐减小，当下位岩层的隔水能力不足以承受离层水孔隙水压力和荷载作用，离层水体将突破下伏砂质泥岩相对隔水层通过导水裂缝涌入采掘空间，因此有效疏放危险性离层水体是治理离层水害的关键问题。

目前对危险性离层水体的疏放主要采用井下施工疏放水钻孔，钻孔终孔设置于离层发育带或离层积水带，对离层水体进行控制性疏放，但对于发育层位较高的离层(距离煤层顶板170m以上)，井下施工长距仰孔较困难，且由于安定组泥质岩(图1中J₂a段)遇水易软化崩解，钻孔穿越一百多米的泥岩段时孔身结构极易受到破坏，经常全面塌孔甚至埋钻，疏放水效果不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有疏放离层水技术方法的不足，提供一种煤矿高位离层水疏放的直通式导流泄水方法。

本发明的技术方案如下：

矿用高位离层水疏放的直通式导流泄水孔，包括竖直向下钻设的变径直通式导流泄水孔，变径直通式导流泄水孔包括第一段钻孔和第二段钻孔，第一段钻孔内嵌套第一级套管，第一级套管的直径大于第二段钻孔的直径，第一段钻孔由地表打至第四系底界以下10～20m处，第二段钻孔接第一段钻孔下沿打至冒落带顶界。

第一段钻孔的直径为273～340mm，第一级套管的直径为219～245mm，第二段钻孔的直径为152～190mm。

矿用高位离层水疏放的直通式导流泄水孔的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、根据工作面周期闭合距、离层发育层位和离层持续时间，在工作面回采之前确定变径直通式导流泄水孔布设的位置；

步骤二、根据工作面正常涌水和离层积水均匀下泄的总涌水量，确定第二段钻孔的孔径，并根据地层发育情况确定第二段钻孔孔段的长度；

步骤三、根据第二段钻孔的孔径确定第一级套管的直径和第一段钻孔的直径；

步骤四、首先施工第一段钻孔，将第一段钻孔钻至目标深度，下入第一级套管，并进行水泥浆隔离封闭；

步骤五、第一段钻孔合格后，根据钻孔设计施工第二段钻孔，施工过程中，不断往下钻进，穿过洛河组砂岩确保钻孔达到冒落带顶界面，第二段钻孔全段为裸孔；

步骤六、离层形成期间，导致变径直通式导流泄水孔发生变形、破坏或堵塞，变径直通式导流泄水孔出现孔口吸风现象；

步骤七、孔口吸风停止时，表明离层空间形成和覆岩调整稳定，此时为变径直通式导流泄水孔透孔的最佳时间，对变径直通式导流泄水孔进行透孔；

步骤八、根据变径直通式导流泄水孔的吸风情况，重复步骤七，进行周期性透孔；

步骤九、透孔后，变径直通式导流泄水孔结构完整，泄水通道畅通，离层积水通过变径直通式导流泄水孔均匀持续下泄；