一种针对工作面顶板离层水害的地面抽水孔抽排方法
阅读说明：本技术 一种针对工作面顶板离层水害的地面抽水孔抽排方法 (Ground water pumping hole pumping and draining method aiming at working face top plate separation layer water damage ) 是由 张培森 张睿 段中稳 胡荣杰 闫奋前 王道坤 于 2020-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种针对工作面顶板离层水害的地面抽水孔抽排方法,本发明主要针对井下无法实现巨厚泥岩上仰泄水孔施工、地面透孔难度过大的情况设计。该方法首先应掌握该地层条件,判断离层发育位置、导水裂隙带发育高度,由工作面中央位置对应地面开设多个抽水钻孔,每隔200～300m即依靠地面钻机至上而下垂直施工钻孔,一级钻孔穿过开孔段松散层,打至基岩层底界以下10～20m；二级钻孔下厚壁花管至可能发育离层的地层底部10～20m,在工作面推进至距离工作面100m之前进行抽水孔的抽排工作,通过厚壁花管吸收含水层及离层中的水,并设置矿用深井潜水泵对其进行排水,实现对离层空间的抽排与截流,解决了工作面顶板离层积水的问题。(The invention discloses a ground water pumping hole pumping and draining method aiming at water damage of a working face roof separation layer, which is mainly designed aiming at the conditions that huge thick mudstone upward elevation water pumping hole construction cannot be realized underground and ground through holes are too difficult. Firstly, mastering the stratum condition, judging the position of the off-layer development and the development height of a water-flowing fractured zone, arranging a plurality of water pumping drill holes corresponding to the ground from the central position of a working surface, vertically constructing the drill holes at intervals of 200-300 m by a ground drilling machine from top to bottom, and drilling a primary drill hole to a position 10-20 m below the bottom boundary of a bedrock layer through a hole-opening section loose layer; the secondary drilling is carried out from the thick-wall perforated pipe to the bottom 10-20 m of the stratum where the separation layer is likely to develop, pumping and drainage work of a pumping hole is carried out before the working face is pushed to be 100m away from the working face, water in the aquifer and the separation layer is absorbed through the thick-wall perforated pipe, a mining deep well submersible pump is arranged to drain the water, pumping and intercepting of the separation layer space are achieved, and the problem of separation layer water accumulation of a top plate of the working face is solved.)
技术领域
本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种针对工作面顶板离层水害的地面抽水孔抽排方法。
背景技术
煤炭资源是我国国民经济的重要组成部分，但煤矿安全长年来受瓦斯、煤尘、水、火和顶板灾害等矿井五大灾害的影响严重，尤其随着开采深度的不断加深，矿井水害问题日益突出。受地质构造条件和水文地质条件及胡乱开采等因素的影响，我国煤层开采过程变得更加复杂，尤其在顶板受到多种水体的威胁时，顶板水问题十分突出。这些矿井水害造成巨大的经济损失和不良的社会影响，严重地威胁着煤炭资源的安全生产。较轻的突水事故会使突水工作面面临关闭停产，进行排水造成费用急增，严重则会造成淹井，危及国家财产和人民生命安全。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种针对工作面顶板离层水害的地面抽水孔抽排方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种针对工作面顶板离层水害的地面抽水孔抽排方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：合理确定采煤工作面参数，掌握工作面工程、水文地质条件与开采条件资料，计算工作面开采后导水裂缝带发育高度，判断离层发育位置，分析对离层有充水影响的含水层的层位；
步骤二：沿工作面推进方向，在工作面中央位置且垂直于地表处布置钻机；
步骤三：钻机垂直向下施工变径抽水钻孔，变径抽水钻孔包括一级钻孔与二级钻孔，一级钻孔直径大于二级钻孔，一级钻孔内嵌厚壁套管，为防止松散层段对厚壁套管的影响，在厚壁套管外采用水泥浆全套管进行隔离封闭；
步骤四：根据含水层情况确定二级钻孔的孔径，并由地层情况确定二级钻孔孔段长度，为防止钻孔堵孔与岩层移动使得钻孔破坏，故在二级钻孔中下入厚壁花管，通过厚壁花管吸收对离层有充水影响的含水层与离层中的水；
步骤五：含水层及离层积水区的水透过厚壁花管的孔壁进入抽水孔内，为排出抽水孔内的水，在抽水孔内安装矿用深井潜水水泵，由矿用深井潜水水泵将积水排出；
步骤六：钻孔布置完毕后随即进行对离层有充水影响的含水层的疏降工作，将含水层的水位降到安全值以下，实现离层补给的截流；随采煤工作面的推进离层也不断发育，待离层发育至抽水孔位置后，抽水孔抽排离层积水，从而降低离层水害的威胁。
进一步的，钻机布置在工作面中央位置对应地面位置，两钻孔之间间隔200～300m。
进一步的，一级钻孔开孔至基岩层底界下方10～20m；所述二级钻孔终孔位置为可能发育离层的地层底界下方10～20m处。
进一步的，深井潜水水泵安装在钻孔内部，实现对钻孔内部积水的抽排工作。
进一步的，地面抽水孔对离层空间的充水含水层进行疏降水工作，待工作面向前推进，离层空间进一步发育，随即进行对离层积水区的抽排工作。
进一步的，地面抽水孔为消除煤层顶板离层水害，即在采煤工作面推进至距离某一地面抽水孔100m之前，进行钻孔的抽排工作，工作面推进至钻孔后200m时，关闭该钻孔。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明针对采场顶板突水危害，采用二开钻孔下厚壁花管的形式，借助花管吸收或挤出含水层中的水，可以避免岩体渗入钻孔内造成堵孔的现象；钻孔采用深井潜水水泵进行抽排水工作，潜水泵连续运转时间长，并且安装方便，不需要建造专门的泵房，使用以及维护简单；对离层空间的充水含水层进行水位疏降工作，对含水层中的地下水向离层空间补给进行截流，待工作面向前推进，离层空间进一步发育，进行对离层积水的抽排工作；对于地层中泥岩占比较大，有离层水涌水地质特征的矿井来说，采用地面抽水钻孔可以达到提前泄水的效果。
附图说明
图1为本发明的沿煤层倾斜方向地层剖面图。
图2为本发明的沿煤层走向方向地层剖面图。
图3为本发明的泄水钻孔剖面图。
图中：1、松散层；2、基岩层；3、可能发育离层的地层；4、隔水层；5、导水裂隙带；6、垮落带；7、煤层；8、变径抽水钻孔；9、水泥浆全套管；10、厚壁套管；11、深井潜水水泵；12、厚壁花管；13、离层积水区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示的本发明提供的技术方案如下，一种针对工作面顶板离层水害的地面抽水孔抽排方法，包括以下步骤：
步骤一：合理确定采煤工作面参数，掌握工作面工程、水文地质条件与开采条件资料，计算工作面开采后导水裂缝带发育高度，判断离层发育位置，分析对离层有充水影响的含水层的层位；
步骤二：沿工作面推进方向，在工作面中央位置且垂直于地表处布置钻机；
步骤三：钻机垂直向下施工变径抽水钻孔8，变径抽水钻孔8包括一级钻孔与二级钻孔，一级钻孔直径大于二级钻孔，一级钻孔内嵌厚壁套管10，为防止松散层1段对厚壁套管10的影响，在厚壁套管10外采用水泥浆全套管9进行隔离封闭；
步骤四：根据含水层情况确定二级钻孔的孔径，并由地层情况确定二级钻孔孔段长度，为防止钻孔堵孔与岩层移动使得钻孔破坏，故在二级钻孔中下入厚壁花管12，通过厚壁花管12吸收对离层有充水影响的含水层与离层中的水；
步骤五：含水层及离层积水区13的水透过厚壁花管12的孔壁进入抽水孔内，为排出抽水孔内的水，在抽水孔内安装矿用深井潜水水泵11，由矿用深井潜水水泵11将积水排出；
步骤六：钻孔布置完毕后随即进行对离层有充水影响的含水层的疏降工作，将含水层的水位降到安全值以下，实现离层补给的截流；随采煤工作面的推进离层也不断发育，待离层发育至抽水孔位置后，抽水孔抽排离层积水，从而降低离层水害的威胁。
优选的，钻机布置在工作面中央位置对应地面位置，两钻孔之间间隔200～300m。
优选的，一级钻孔开孔至基岩层2底界下方10～20m；所述二级钻孔终孔位置为可能发育离层的地层3底界下方10～20m处。
优选的，深井潜水水泵11安装在钻孔内部，实现对钻孔内部积水的抽排工作。
优选的，地面抽水孔对离层空间的充水含水层进行疏降水工作，待工作面向前推进，离层空间进一步发育，随即进行对离层积水区的抽排工作。
优选的，地面抽水孔为消除煤层7顶板离层水害，即在采煤工作面推进至距离某一地面抽水孔100m之前，进行钻孔的抽排工作，工作面推进至钻孔后200m时，关闭该钻孔。
以上，工作面即采煤工作面，又称回采工作面，是指煤炭的第一生产现场，也就是直接采煤处。
隔水层4是指透水性能差的岩层或土层，一般由致密的岩石或黏土构成，由于其空隙小，地下水不易透过。
垮落带6是指由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空区垮落的岩层带,曾称冒落带。
地面抽水孔分为一级钻孔和二级钻孔，一级钻孔的直径大于二级钻孔的直径。一级孔的孔壁设有厚壁套管10，具有加固的作用，于地层中基岩层2采用水泥浆隔离封闭，防止钻孔堵塞，二级孔的孔壁设有厚壁花管12，用以吸收离层与含水层中的水。
根据覆岩的岩层结构计算煤层7顶板离层初次闭合位置和离层周期性闭合位置，根据离层初次闭合位置、离层周期性闭合位置确定第一个抽水孔的具***置和其余相邻抽水孔的具体间距，并在采煤工作面推进的过程中，从工作面切眼向停采线的方向逐个施工多个地面抽水孔。
地面抽排主要针对井下无法实现巨厚泥岩上仰泄水孔施工、地面透孔难度过大的情况设计。例如永陇矿区招贤煤矿由于工作面上部安定组厚度达170m，大部分为泥岩，软化系数仅达0.25～0.6，软化性强且遇水膨胀，矿区地层中安定组泥岩段难以穿过，因此可以设计在地面施工钻孔至安定组上部离层空间，采用二级钻孔下入厚壁花管12配合深井潜水排沙泵11疏降含水层水位，对可能拓展的离层空间进行截流，并在当离层空间随工作面推进而张大后，对离层积水进行疏降，减少离层水量，降低离层水水压。