CN117888948A - 疏放矿井老空水方法 - Google Patents

Abstract

本发明疏放矿井老空水方法包括以下步骤：S1、判定回采工作面内的采空积水区的位置；S2、在邻近所述回采工作面的备采工作面内掘进一部分回采巷道作为排水巷道；S3、从所述排水巷道向邻近所述采空积水区的方向开设钻孔，以便所述钻孔与所述采空积水区连通；S4、将所述采空积水区内的老空水通过所述钻孔排入所述备采工作面内的所述排水巷道内，并监测所述钻孔的出水口的排水数据。根据本发明的疏放矿井老空水方法具有成本低且便于排出采空积水区内的老空水的优点。

Description

疏放矿井老空水方法

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，具体涉及一种疏放矿井老空水方法。

背景技术

老空水害是矿井水害的主要类型，相关技术中，普钻在巷道施工疏放水钻孔对同层煤相邻采空区积水或上组煤采空区积水进行疏放，但受普钻装备性能和施工人员技术水平的限制，往往施工过程中易发生飘钻，施工无效钻孔多，浪费了大量的人力和物力，增加了工程成本，疏放水钻孔一般布置在工作面回采完成之后所形成采空区的邻近巷道中，通过对采空区积水位置进行分析，设计相应的疏放水钻孔。但对于采掘接续紧张的矿井，备采工作面受上部采空区及邻近采空区积水的威胁时，回采工作面邻近巷道无法施工。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种疏放矿井老空水方法。

本发明实施例疏放矿井老空水方法，包括以下步骤：

S1、判定回采工作面内的采空积水区的位置；

S2、在邻近所述回采工作面的备采工作面内掘进一部分回采巷道作为排水巷道；

S3、从所述排水巷道向邻近所述采空积水区的方向开设钻孔，以便所述钻孔与所述采空积水区连通；

S4、将所述采空积水区内的老空水通过所述钻孔排入所述备采工作面内的所述排水巷道内，并监测所述钻孔的出水口的排水数据。

根据本发明实施例的疏放矿井老空水方法具有成本低且便于排出采空积水区内的老空水的优点。

在一些实施例中，在所述步骤S2中，

所述排水巷道的延伸方向与所述回采工作面的回采方向一致；

所述排水巷道位于所述备采工作面远离所述回采工作面的一侧。

在一些实施例中，在所述步骤S2中，所述备采工作面的煤层底板的至少部分位于所述回采工作面的煤层底板的下方。4、根据权利要求1所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

在所述排水巷道内沿所述排水巷道的延伸方向间隔设置多个钻场，从所述钻场开设通向所述采空积水区的所述钻孔；

所述钻孔为多个，按照多个所述钻孔的进水口的标高由高向低的顺序依次开设多个所述钻孔。

在一些实施例中，在所述步骤S3中，

在所述排水巷道的延伸方向上，相邻两个所述钻场的距离小于等于300米；

所述钻场的长度大于等于5米且小于等于10米，所述钻场的深度大于等于3米且小于5米；

所述钻孔与所述备采工作面在上下方向上的距离小于等于10米。

在一些实施例中，在所述步骤S3中，

所述钻孔位于所述备采工作面的上方，所述钻孔的进水口开设在所述采空积水区的侧壁上；

和/或，所述钻孔位于所述备采工作面的下方，所述钻孔的进水口开设在所述采空积水区的煤层底板上。

在一些实施例中，在所述步骤S3中，所述钻孔包括主孔和多个分支孔，多个所述分支孔的进水口构成所述钻孔的进水口，按照所述钻孔的多个所述分支孔的进水口的标高由高向低的顺序依次开设所述钻孔的多个所述分支孔，多个所述分支孔的出水口与所述主孔的进水口连通，所述主孔的出水口与所述排水巷道连通。

在一些实施例中，在所述步骤S3中，

所述钻孔的多个所述分支孔的进水口在上下方向和所述排水巷道的延伸方向中的至少一者上间隔设置；

所述钻孔的多个所述分支孔间隔设置，所述钻孔的多个所述分支孔中相邻的两者之间的距离沿邻近所述采空积水区的方向增大。

在一些实施例中，在所述步骤S4中，在所述钻孔的出水口处安装孔口阀、压力表和流量计，所述孔口阀用于启闭所述钻孔的出水口并可控制排水流量，所述压力表用于监测所述孔口阀关闭时所述采空积水区内水的压力，所述流量计用于监测所述孔口阀开启时所述钻孔的排水流量。

本发明实施例疏放矿井老空水方法还包括步骤S5，在所述步骤S5中，对所述采空积水区的排水效果进行评价，对所述采空积水区的排水效果评价的参数包括所述采空积水区水压、所述钻孔排水流量、电法勘探富水异常区、煤柱承受安全水压和检验钻孔的排水流量中的至少两者。

本发明的有益效果是：排水巷道的标高低于采空积水区的标高，且排水巷道为回采工作面开采过程中备采工作面已经施工完成的远离采空积水区的巷道。将采空积水区内的老空水通过钻孔通入已经开采后的排水巷内，再从排水巷道排出，从而可便于采空积水区内的老空水顺利排出，以便降低积水对备采工作面的威胁，增加开采的安全性，且成本较低。监测钻孔的出水口的排水数据可便于监测采空积水区的排水情况，从而调节排水状态，以便增加排水时的安全性。根据本发明实施例的疏放矿井老空水方法具有成本低且便于排出采空积水区内的老空水的优点。

附图说明

图1是根据本发明实施例的钻孔的俯视图。

图2是根据本发明实施例的钻孔的侧视图。

附图标记：1、回采工作面，2、采空积水区，3、备采工作面，4、排水巷道，5、未采巷道，6、钻场，7、钻孔，71、主孔，72、分支孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的疏放矿井老空水方法。如图1和图2所示，根据本发明实施例的疏放矿井老空水方法包括以下步骤：

S1、判定回采工作面1内的采空积水区2的位置。具体地，回采工作面1回采完后形成采空区，采空区上方的含水层的水进入到采空区内形成采空积水区2。判断采空积水区2的位置可便于对采空积水区2内的老空水进行排水。

S2、在邻近回采工作面1的备采工作面3内掘进一部分回采巷道作为排水巷道4。

具体地，在步骤S2中，备采工作面3是与回采工作面1相邻的规划工作面，备采工作面3的煤层底板的至少部分位于回采工作面1的煤层底板的下方，即备采工作面3的标高(海拔高度)低于回采工作面1的标高(海拔高度)，从而使得备采工作面3受回采工作面1的采空积水区2积水的威胁。例如，回采工作面1的回采方向为前后方向，备采工作面3位于回采工作面1的左侧，备采工作面3的至少部分位于回采工作面1的下方。前后方向、左右方向和上下方向如图中的箭头所示。

回采巷道是指为缓解接续紧张，且避免受正在回采工作面1采动的影响，已施工完成远离采空区的巷道。回采巷道作为排水巷道4，即利用已掘进的巷道排水。排水巷道4的延伸方向与回采工作面1的回采方向一致。排水巷道4位于备采工作面3远离回采工作面1的一侧。例如，排水巷道4沿前后方向延伸，排水巷道4位于备采工作面3的左端。

S3、从排水巷道4向邻近采空积水区2的方向开设钻孔7，以便钻孔7与采空积水区2连通。具体地，钻孔7的进水口与采空积水区2连通，钻孔7的出水口与排水巷道4连通。由此，可使得采空积水区2可通过钻孔7与排水巷道4连通。钻孔7为定向钻孔，定向钻孔设计参数包括开孔位置坐标、钻孔个数、终孔位置、孔径、孔口管直径、长度和造斜位置坐标。

S4、将采空积水区2内的老空水通过钻孔7排入备采工作面3内的排水巷道4内，并监测钻孔7的出水口的排水数据。具体地，排水巷道4(备采工作面3)的(煤层底板)标高低于采空积水区2(回采工作面1)的(煤层底板)标高，且排水巷道4为回采工作面1开采过程中备采工作面3已经施工完成的远离采空积水区2的巷道。将采空积水区2内的老空水通过钻孔7通入已经开采后的排水巷道4内，再从排水巷道4排出，从而可便于采空积水区2内的老空水顺利排出，以便降低积水对备采工作面3的威胁，增加开采的安全性，且成本较低。监测钻孔7的出水口的排水数据可便于监测采空积水区2的排水情况，从而调节排水状态，以便增加排水时的安全性。

因此，根据本发明实施例的疏放矿井老空水方法具有成本低且便于排出采空积水区2内的老空水的优点。

如图1所示，在一些实施例中，在步骤S3中，在排水巷道4内沿排水巷道4的延伸方向间隔设置多个钻场6，从钻场6开设通向采空积水区2的钻孔7。具体地，钻场6的数量由采空积水区2的范围和积水量大小决定，在排水巷道4内设置多个用于放置钻机的钻场6，从而便于利用多个钻机开设多个钻孔7，进而可提高排水效率。例如，钻机为定向钻机，排水巷道4内沿前后方向间隔设置多个钻场6。

在一些实施例中，在步骤S3中，钻场6的长度大于等于5米且小于等于10米，钻场6的深度大于等于3米且小于5米。具体地，钻场6的长度方向与排水巷道4的延伸方向一致，钻场6的深度方向与排水巷道4的延伸方向垂直。钻场6的大小根据钻机的大小进行设计。例如，钻场6的长度为8米，钻场6的深度为4米。

在一些实施例中，在步骤S3中，在排水巷道4的延伸方向上，相邻两个钻场6的距离小于等于300米。例如，在前后方向上相邻两个钻场6的距离为200米。

如图1所示，在一些实施例中，在步骤S3中，钻孔7为多个，按照多个钻孔7的进水口的标高由高向低的顺序依次开设多个钻孔7。具体地，根据采空积水区2的煤层底板的标高由高向低的方向布置钻场6，在钻场6内设置钻机，利用钻机按照多个钻孔7的进水口的标高由高向低的顺序依次开设多个钻孔7。

钻孔7的进水口的标高即采空积水区2的排水高度，为增加排水的安全性，降低排水时钻孔7内的水压。开设多个与采空积水区2的钻孔7，且按照多个钻孔7的进水口的标高由高向低的顺序依次开设。即先开设进水口的高度较高的钻孔7，从而可便于先将采空积水区2上部的老空水排出。然后开设多个进水口较低的钻孔7，从而可使得采空积水区2上部的老空水排出后，再依次排出采空积水区2中部和下部的老空水。由此，可使得空积水区2排水的压力低，以便增加排水的安全性。

如图1和图2所示，在一些实施例中，在步骤S3中，钻孔7包括主孔71和多个分支孔72。

多个分支孔72的出水口与主孔71的进水口连通，主孔71的出水口与排水巷道4连通。即多个分支孔72的排水均可通入主孔71内，然后排入排水巷道4内。主孔71的出水口构成钻孔7的出水口。

多个分支孔72的进水口构成钻孔7的进水口，按照(每个)钻孔7的多个分支孔72的进水口的标高由高向低的顺序依次开设(每个)钻孔7的多个分支孔72。具体地，(每个)钻孔7的多个分支孔72的进水口的标高不同，多个分支孔72的进水口的标高即为采空积水区2的多个排水高度。进水口的标高由高向低的顺序依次开设(每个)钻孔7的多个分支孔72，即为采空积水区2按照由高到底的排水高度从多个分支孔72排出，以便进一步增加排水的安全性。主孔71和多个分支孔72构成一个钻孔7可增加采空积水区2的排水位置，多个分支孔72共用一个主孔71可降低工程量。

如图1所示，在一个具体地实施例中，采空积水区2的煤层底板的标高向前向左降低(采空积水区2的右后部的标高为750，采空积水区2的左前部的标高为600)。则在沿前方向延伸的排水巷道4内，多个钻场6由后至前依次开设，多个钻孔7由后至前依次与采空积水区2连通，每个钻孔7的多个分支孔72由后至前依次与采空积水区2连通，以便增加排水的安全性。

钻孔7包括顶板定向钻孔和底板定向钻孔两类。顶板定向钻孔是指在钻场6位置开孔沿一定的轨迹向采空积水区2顶板(上部)施工，对采空积水区2内的老空水进行疏放，钻孔7位于备采工作面3的上方。底板定向钻孔是指在钻场6位置开孔沿一定的轨迹向采空积水区2煤层底板施工，对采空积水区2内的老空水进行疏放，钻孔7位于备采工作面3的下方。其中，顶板定向钻孔和底板定向钻孔中优选底板定向钻孔，采空积水区2的底部的无稳定的岩层时，可选择顶板定向钻孔。

如图2所示，在一些实施例中，在步骤S3中，钻孔7位于备采工作面3的上方，钻孔7的进水口开设在采空积水区2的侧壁上。和/或，钻孔7位于备采工作面3的下方，钻孔7的进水口开设在采空积水区2的煤层底板上。也就是说，多个钻孔7的设置方式包括：a.多个钻孔7位于备采工作面3的上方，钻孔7的多个分支孔72与采空积水区2的侧部连通；b.多个钻孔7位于备采工作面3的下方(采空积水区2的煤层底板倾斜设置)，钻孔7的多个分支孔72与采空积水区2的底部连通；c.第一部分钻孔7位于备采工作面3的上方，第一部分钻孔7的多个分支孔72与采空积水区2的侧部连通，第二部分钻孔7位于备采工作面3的下方，第二部分钻孔7的多个分支孔72与采空积水区2的底部连通。

如图2所示，在一些实施例中，在步骤S3中，钻孔7与备采工作面3在上下方向上的距离小于等于10米，钻孔7穿设于备采工作面3上侧或下侧的岩层内。具体地，在未采巷道5开采前完成对采空积水区2内的老空水疏放，分支孔72位于岩石强度较高其厚度较稳定的岩层内。

如图1和图2所示，在一些实施例中，在步骤S3中，钻孔7的多个分支孔72的进水口在上下方向和排水巷道4的延伸方向中的至少一者上间隔设置。钻孔7的多个分支孔72间隔设置，钻孔7的多个分支孔72中相邻的两者之间的距离沿邻近采空积水区2的方向增大。具体地，钻孔7的多个分支孔72呈扇形布置，从而可使得分支孔72的布置更加均匀，以便提高钻孔7的排水的稳定性。例如，钻孔7的多个分支孔72的进水口在上下方向和前后方向上间隔设置。钻孔7的多个分支孔72中相邻的两者之间的距离向右增大。

在一些实施例中，在步骤S4中，在钻孔7的出水口处安装孔口阀、压力表和流量计。

孔口阀用于启闭钻孔7的出水口并可控制排水流量，压力表用于监测孔口阀关闭时采空积水区2内水的压力，流量计用于监测孔口阀开启时钻孔7的排水流量。具体地，孔口阀为自动控制孔口阀，自动控制孔口阀是根据钻孔7(排水管路)排水能力，通过钻孔7涌水量(排水流量)实时记录值对孔口阀进行自动调节，即涌水量超过钻孔7排水能力，则关小孔口阀，减小涌水量。在孔口阀关闭时，压力表可监测钻孔7内的水的压力，进而监测采空积水区2内水的压力。

疏放矿井老空水方法还包括步骤S5，在步骤S5中，对采空积水区2的排水效果进行评价，采空积水区2的排水效果进行评价可利用多种方法。

对采空积水区2的排水效果评价的参数包括采空积水区2水压、钻孔7排水流量、电法勘探富水异常区、煤柱承受安全水压和检验钻孔的排水流量中的至少两者。

采空积水区2水压可通过钻孔7的出水口处安装的压力表得到。钻孔7排水流量可通过钻孔7的出水口处安装的流量计得到。电法勘探富水异常区是指在采空积水区2疏放水完成后，对采空积水区2进行电法勘探，结果为无富水异常区时表明采空积水区2已无积水。

煤柱承受安全水压为煤柱发生破坏失稳所承受水压的临界值P₀，L为煤柱宽度，k为安全系数，H为巷道高度，Rt为煤层抗拉强度。煤柱位于采空积水区2和回采工作面1之间。可根据煤柱承受安全水压判断是否要继续进行疏水。

检验钻孔是疏放水完成后，为进一步验证采空积水区2的积水疏放效果，在采空积水区2标高最低处进行疏水。钻场6的主孔71向采空积水区2最低标高处施工分支钻孔72，并对水压和涌水量进行观测。

顶板定向钻孔疏放采空区积水效果评价是指无补给水源条件下采空积水区2积水水压小于煤柱承受安全水压，钻孔7和检验钻孔的涌水量均为0；有补给水源条件下采空积水区2积水水压与补水水源水压之和小于煤柱承受安全水压、钻孔7和检验钻孔的涌水量均为补水水源补给量。

底板定向钻孔疏放采空区积水效果评价是指采采空积水区2积水水压为0、定向钻孔和检验孔涌水量均为0、电法勘探无富水异常区。

根据得到的参数对采空积水区2的排水效果评价，若排水效果好，采空积水区2内的积水较少，则完成排水；若排水效果差，采空积水区2内的积水对备采工作面3仍有威胁，则继续开设钻孔7进行排水。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种疏放矿井老空水方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、判定回采工作面内的采空积水区的位置；

S2、在邻近所述回采工作面的备采工作面内掘进一部分回采巷道作为排水巷道；

S3、从所述排水巷道向邻近所述采空积水区的方向开设钻孔，以便所述钻孔与所述采空积水区连通；

S4、将所述采空积水区内的老空水通过所述钻孔排入所述备采工作面内的所述排水巷道内，并监测所述钻孔的出水口的排水数据。

2.根据权利要求1所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，在所述步骤S2中，

所述排水巷道的延伸方向与所述回采工作面的回采方向一致；

所述排水巷道位于所述备采工作面远离所述回采工作面的一侧。

3.根据权利要求1所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述备采工作面的煤层底板的至少部分位于所述回采工作面的煤层底板的下方。

4.根据权利要求1所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

在所述排水巷道内沿所述排水巷道的延伸方向间隔设置多个钻场，从所述钻场开设通向所述采空积水区的所述钻孔；

所述钻孔为多个，按照多个所述钻孔的进水口的标高由高向低的顺序依次开设多个所述钻孔。

5.根据权利要求4所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

在所述排水巷道的延伸方向上，相邻两个所述钻场的距离小于等于300米；

所述钻场的长度大于等于5米且小于等于10米，所述钻场的深度大于等于3米且小于5米；

所述钻孔与所述备采工作面在上下方向上的距离小于等于10米。

6.根据权利要求4所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

所述钻孔位于所述备采工作面的上方，所述钻孔的进水口开设在所述采空积水区的侧壁上；

和/或，所述钻孔位于所述备采工作面的下方，所述钻孔的进水口开设在所述采空积水区的煤层底板上。

7.根据权利要求6所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述钻孔包括主孔和多个分支孔，多个所述分支孔的进水口构成所述钻孔的进水口，按照所述钻孔的多个所述分支孔的进水口的标高由高向低的顺序依次开设所述钻孔的多个所述分支孔，多个所述分支孔的出水口与所述主孔的进水口连通，所述主孔的出水口与所述排水巷道连通。

8.根据权利要求7所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

所述钻孔的多个所述分支孔的进水口在上下方向和所述排水巷道的延伸方向中的至少一者上间隔设置；

所述钻孔的多个所述分支孔间隔设置，所述钻孔的多个所述分支孔中相邻的两者之间的距离沿邻近所述采空积水区的方向增大。

9.根据权利要求1所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，在所述步骤S4中，在所述钻孔的出水口处安装孔口阀、压力表和流量计，所述孔口阀用于启闭所述钻孔的出水口并可控制排水流量，所述压力表用于监测所述孔口阀关闭时所述采空积水区内水的压力，所述流量计用于监测所述孔口阀开启时所述钻孔的排水流量。

10.根据权利要求1所述的疏放矿井老空水方法，其特征在于，还包括步骤S5，在所述步骤S5中，对所述采空积水区的排水效果进行评价，对所述采空积水区的排水效果评价的参数包括所述采空积水区水压、所述钻孔排水流量、电法勘探富水异常区、煤柱承受安全水压和检验钻孔的排水流量中的至少两者。