论文部分内容阅读
摘要：煤矿随着生产，矿井系统逐渐扩大，回风巷的长度也随之增大。根据《煤矿安全规程》第462条规定：“ 在总回风巷、专用回风巷及机械提升的进风倾斜井巷 （不包括输送机上、下山）中不应敷设电力电缆”。回风巷不能用电水泵等排水设备，只能使用其他排水方法。上榆泉煤矿根据自身特点，仔细查阅资料，勘察现场，利用巷道高差产生的势能，通过钻孔把回风大巷水直接导入到辅运大巷水沟内，实现自流排水，解決了回风巷排水问题。
关键词：钻孔 自流 排水 技术
1. 背景
上榆泉煤矿位于山西省河曲县城南25km处之黄河东岸，行政区划隶属河曲县沙坪乡、鹿固乡、巡镇管辖。回风大巷延伸段沿着煤层顶板掘进，辅运大巷沿着煤层底板定坡掘进。辅运大巷实现自流排水，回风大巷延伸段随着煤层起伏，在165m和650m各有一处低洼点，使用风泵进行排水。
2. 地质概况
2.1地理位置
大巷东为实体，南为一采区分界线，西为主、辅、回三条大巷，北为二采区分界线。
2.2煤层赋存情况
该煤层为长焰煤，该煤层及围岩属于上古生界石炭系上统太原组上部含煤岩段。采区稳定赋存，黑色，属半暗-半亮型煤，夹亮煤条带。底部发育一层0.70-0.92m的夹矸，层位较稳定，沿掘进方向逐渐增厚而分叉为10下号。夹矸岩性为炭质泥岩，夹泥岩条带，含丰富的植物化石。倾角1～11°，整体呈正坡回采，局部有波状起伏。
2.2.1 顶板情况
直接顶为砂质泥岩和中粒砂岩，2.51-9.98m，平均厚度7.12m，顶部为黑色砂质泥岩，含砂不匀，含炭质条带。中下部以灰白色中粒砂岩为主，厚层状，成分以石英、长石为主，分选差，中夹灰黑色、团块状泥岩，局部相变为粉砂岩、细砂岩。
2.2.2 底板情况
直接底为泥岩，0-2m，平均0.7m，灰黑色泥岩，薄层状，富含植物叶化石，沿掘进方向逐渐变薄至缺失;老底为中砂岩，1.82-4.41m，平均3.04m，以浅灰白色中砂岩为主，成分以石英为主，破碎，节理裂隙发育，局部相变为细砂岩、粉砂岩。其下为11号煤层，1.7-2.4m，平均1.79m，全采区稳定赋存，结构简单，属半暗-半亮型煤。
2.3 地质构造情况
巷道围岩大部分为层状结构的岩体，个别地段为块状结构，分选性、磨圆度较差，岩体比较完整，围岩稳定性较好。地层总体走向北东-南西，倾向北西的单斜构造。上覆松散层厚度84-107.24m，平均95.74m;上覆基岩厚度41-92.76m，平均63.5m;埋深125（回风大巷840m）-200m（上榆泉村地表）。
2.4瓦斯情况
根据瓦斯鉴定报告，该煤层为瓦斯相对涌出量0.20m3/t，绝对涌出量2.0m3/min。
2.5水文地质条件及充水性分析
2.5.1水文地质条件
2.5.1.1奥灰水
根据山西浩博工程咨询有限公司为我矿编制的《山西鲁能河曲电煤开发有限责任公司上榆泉煤矿矿井水文地质类型划分报告》，根据井田内及周边水文钻孔结合区域奥灰岩溶水位标高，井田内奥灰水水位标高约在847.22～854.34m之间。
2.5.1.2顶板砂岩裂隙水
根据水文地质类型划分报告资料，该含水层以砂岩裂隙为主，砂岩中裂隙不甚发育，富水性较差，一般单泉流量为0.01-0.10L/s。据勘探时施工的SZK5-4水文孔抽水试验资料，单位涌水量0.005L/s·m，水位标高931.815m，水位埋深79.28m，属弱富水含水层。
2.5.1.3松散岩类孔隙水
根据水文地质类型划分报告资料，该含水层主要为上第三系上新统砾石孔隙裂隙含水层和第四系上更新统黄土孔隙含水层。上第三系上新统下部为半胶结砾岩，砾石粗大，分选性、磨圆度好，胶结疏松，孔隙率大，并有开张性、延伸性较好的裂隙，但补给来源少，富水性不强，泉流量一般0.05L/s左右，属弱富水含水层。第四系黄土大面积分布在梁峁之上，该地层结构松散，垂直裂隙发育，易接受大气降水的补给，只因地形切割强烈，地形坡度较大，降水形成地表迳流下泄速度快，对地下水补给有限，地层连续性亦差，因此富水性差，在和其下部上第三系红土的接触面上往往形成泉水，一般单泉流量0.01-0.05L/s，属弱富水含水层。
2.5.1.4地表水
回风大巷和辅运大巷延伸对应地表多为缓坡、梁峁，沟谷发育，有强降雨时，洪水暂时流过，没有积水。
2.5.1.5上层采空积水
回风大巷和辅运大巷延伸上覆没有采空区。
2.5.2充水因素分析
2.5.2.1奥灰水
奥灰水位标高为847.22～854.34，回风大巷和辅运大巷延伸标高为881-905m，高于奥灰水最高水位26.66-57.78m，掘进施工不受奥灰水威胁。
2.5.2.2顶板砂岩裂隙水
根据水文地质类型划分报告资料，主要涌水来源为老顶砂岩，属弱富水性裂隙含水层。预计正常涌水量15-30m3/h，最大涌水量60m3/h。对工作面掘进施工影响不大。
2.5.2.3松散岩类孔隙水
因其为弱富水性含水层，补给来源少，与煤层间有基岩相隔，可通过下渗补给增加煤层顶板砂岩富水性，对掘进工作面无直接影响。
2.5.2.4地表水
回风大巷和辅运大巷延伸对应地表多为缓坡、梁峁，沟谷发育，有强降雨时有短暂洪水通过，掘进工作面不受地表水影响。
2.5.2.5上层采空积水 回风大巷和辅运大巷延伸上覆没有采空区。
2.6 回风巷及辅运大巷延伸段支护参数
回风大巷延伸段掘进断面宽6.2m，高4m，辅运大巷延伸段掘进断面宽6.2m，高4.3m。
顶板支护：两条巷道顶板均使用Φ18×1800mm的螺纹钢锚杆，排距为1000mm，间距为距帮200mm开始第一根锚杆至第三根锚杆、第五根至第七根之间间距1000mm、第三根至第五根之间间距900mm;锚杆均配套使用1支CK2350树脂药卷，扭矩均为200 N·m，锚固力50 KN，配套托盘尺寸为150×150×8mm。顶板锚索规格为1×7—Φ22mm，长8000mm，顶板锚索规格为1×7—Φ22mm，长8000mm，锚索布置为每排2根锚索，间排距2200×2000mm。Φ22mm锚索锚固力312KN，延伸率4%，预紧力200KN;锚索托板规格均为：300×300×16mm;每套锚索使用支CK2350树脂药卷。巷道顶板使用钢筋网，规格：Φ6.5mm钢筋焊接，网格120×120mm，网与网搭接均为100mm，采用14#铅丝双股“迈步式”绑扎、绑扎间距不大于200mm。
帮部支护：两帮使用4根Φ18×1600mm的圆钢锚杆，自顶板下500mm为第一根锚杆，间排距1000×1000mm;圆钢锚杆扭矩不小于100N·m，锚固力不小于50KN，配套托盘尺寸为120×120×8mm。幫锚杆每根锚杆均配套使用1支CK2350树脂锚固剂，端头锚固，间排距误差为±100mm，且托盘无反上现象。
帮网片使用钢筋网，规格：Φ6.5mm钢筋焊接，网格120×120mm，尺寸3800×1150mm，网与网搭接为100mm，采用14#铅丝双股“迈步式”绑扎、绑扎间距不大于200mm。
3.回风大巷延伸段排水现状及存在问题
3.1排水现状
回风大巷延伸段的积水主要为巷道水幕水和局部顶帮淋水，水量比较小。回风大巷延伸段积水通过水沟，把巷道内的积水收集到水窝内;然后通过风泵，把污水排水排水管道内，经过排水系统，把水排到地面。
3.2存在问题
风泵不能实现自动排水，每天需要安排人员进入回风大巷延伸段排水;风泵排水可靠性不强，存在配件损坏、风压不够等问题，影响排水效果;风泵工作时产生的噪声比较大，有损员工健康;检修等原因停风时，巷道容易产生积水，影响回风断面，增加通风阻力，同时影响瓦检等巡查人员通行。
4.钻孔排水法
回风大巷延伸段只有两个积水点，分别是回风大巷延伸段165m和650m处。经过分析以上两处对应辅运大巷的标高发现。回风大巷延伸段165m处底板标高为+897.71m，对应的辅运大巷底板标高为+889.7m，高差8.01m，平距44m。回风大巷延伸650m处底板标高为+910.18m，对应的辅运大巷侧底板标高为901.6m，高差为8.58m，平局为38m。
5.排水钻孔设计
考虑到钻孔坡度比较小，从回风大巷延伸段不能沿着底板水沟开孔。最终确定从辅运大巷内进行开孔。钻机开孔的最小高度为1.2m，考虑实际角度，最终把钻孔的开孔高度设计在1.8m。最终设计165m处钻孔坡度为仰角8.0°，650m处钻孔坡度为仰角10.1°，开孔高度均为1.8m，方位角均为213.5°。
6.排水钻孔施工
6.1钻孔施工技术准备
上榆泉煤矿地测组严格根据测量规范，现场标定了钻孔的开口位置。根据钻机的实际情况，生产技术部核验了钻孔的最小开孔高度，重新核验开口处顶帮条件，确认安全。
6.2 施工机具准备
本次钻孔施工使用了ZDY--4200L煤矿用液压坑道钻机。钻杆直径为73mm，钻头直径为133mm;钻机立轴额定扭转速60-120r/min，立轴额定转矩4200/1950N·m，给进行程800mm，钻进深度：500m;最大顶力125KN;起拔力95KN;爬坡能力20°;接地比压<0.05MPa;主轴倾角-5°-+25°，尺寸2580*1400*1610（mm），主机重量：3900kg
检查钻孔附近顶帮和两帮情况，确认顶板完好。通过调整钻机的左右履带，将钻机行驶至开孔位置。调整钻机的方位角，确保钻杆的中心线与开孔位置中心线一致;升起液压钻机的固定装置，将钻机与巷道顶板进行固定，保证施工过程中，钻机位置不发生变化;调整钻机钻臂的升降油缸，确保钻机的坡度与设计坡度保持一致。
6.3施工现场准备
首先保障水、电可以正常使用，并与钻机连接完好。水的流量、水质、水压符合要求;电的功率、电压、频率等满足要求。
6.4开孔
钻孔位置按设计要求进行标定，钻机固定后按开孔要素开孔。开钻前，需要进行开孔作业，即在巷道帮开口位置使用镐头凿一个坑，进行定位，避免钻头刚开始钻进时发生滑动，保证开口位置与设计位置保持一致。
6.5钻孔
钻进时现场管理人员要随时观察钻孔内的岩粉及沉渣，并要经常冲孔，确保孔底干净，防止发生埋钻、卡钻等事故。技术人员要定期到现场进行编录，指导钻探施工人员顺利施工。刚开始时，放慢钻机的给进速度，保证钻机固定牢固，缓缓地给进钻杆。每施工完毕一根钻杆后，再进行加钻杆工作。加钻杆时，钻机司机和加钻杆的工人配合好，严禁误操作。钻孔施工2m以后，开始加快钻进速度。
6.6 钻孔贯通
在钻孔贯通处提前设置警戒。核实贯通点附近是否有缆线、水管等，确保钻孔贯通后，不损坏巷道内的管线。钻孔贯通前10m时，安排人员到贯通点查看钻孔的实际位置是否有偏差，通过听钻头钻进的声音进行初步判断。同时，看护贯通点位置，严禁其他人员靠近贯通点。钻孔贯通后，核实贯通点煤壁是否发生片帮、塌孔等问题，对孔口进行加固和防护处理。 6.7 安装固定孔口的管道
孔口靠近辅运大巷侧（孔下口侧）安装108管，并用水泥砂浆进行封堵处理，避免管道和孔壁之间漏水。下口的外面安装一个三通，一侧与U型封堵器连接，一侧与球阀连接。U型封堵器用于防止风流经过钻孔直接进入回风巷，同时满足回风巷的水可以通过U型管流入辅运大巷内。球阀的目的是为了定期清理钻孔内的杂物，清理时，只需要把球阀打开，清理完毕后，将球阀关闭即可。
孔口的上侧安装108铁管，防治淤泥杂物直接进入孔内。孔口上车的铁管最高处略低于巷道底板上表面，避免巷道积水;同时高于钻孔口500mm，防止沉淀水中的淤泥堵塞钻孔。
在108铁管入口处焊接铁篦子，避免木屑、煤块等杂物进入钻孔，导致钻孔堵塞。此外安排人员定期清理水窝内的淤泥，避免淤泥过多堵塞排水钻孔。在钻孔的下口安装了与钻孔轴线相同的阀门。当钻孔堵塞时，可以使用钻机钻杆疏通钻孔。
7.鉆孔施工遇到的问题及解决方案
7.1 钻孔开孔坡度不准确
按照以往的施工方法，钻孔开孔的坡度使用坡度规进行测量。因坡度规为人员操作的工具，不同人员受个人业务能力、测量习惯等因素影响，导致钻孔开孔坡度偏差比较大。为了解决该问题，上榆泉煤矿施工钻孔时，让地测人员更具测量规范进行放线，全站仪的精度远远高于坡度规的精度，同时，受人员因素干扰的影响比较小，保证了钻孔开口坡度，保障了钻孔质量。
7.2钻孔飘孔
巷道煤层为煤岩交互赋存，煤和岩石的物理性质差异比较大，导致钻头无论从煤体进入岩体或从岩体进入煤体过程中都发生偏移。同时，钻杆本身有自重，在重力作用下，也会使钻头收到一个与钻进方向不完全一致的分力，导致钻头的钻进方向发生偏移。为了解决该问题，采取了增加定向器的措施。即正常情况下，使用钻孔使用一个定向器即可满足钻孔质量要求。这次，安装了两个定向器，通过增加定向器的长度，增加钻孔的定向质量。
8钻孔排水取得的效果
8.1 初步掌握了煤岩交互地质条件下钻孔参数。上榆泉煤矿煤层为复杂煤层，煤和矸石交互赋存。钻头在钻进过程中，因为煤和岩石的硬度不一样，导致钻孔发生飘移。根据钻孔的飘移情况，施工长40m、仰角10以内的钻孔，钻孔的坡度需要调小1.5度，基本可以打到预定的位置。
8.2减少风动排水设备，降低排水成本。通过钻孔排水技术。回风巷内的积水直接通过钻孔自流到辅运大巷内，不需要安装风泵。这样可以节省风泵购置费用、风泵维费用、巡查设备和排水人工费用等，预计每处风泵排水点可以节省3.2万元。
8.3取消风泵，消除了风泵排水的噪声源。风泵排水存在噪声超标的问题，钻孔排水技术可以减少风泵的使用量，减少了噪声声源，保障了员工减少或免受风泵噪声危害，保障了职业健康。
8.4实现自流排水
回风大巷延伸段165m和650m两个积水点，通过钻孔，把水自流到了辅运大巷延伸的水沟内，通过辅运大巷内的水沟，自流到到地面。
8.5持续优化钻孔排水方案
在回风大巷延伸段钻孔排水取得成功后，上榆泉煤矿在主平硐、辅运顺槽等进行了钻孔排水实践，均取得了比较好的效果。为了进一步方便钻孔排水阀门操作，计划进一步优化钻孔排水方案，除在钻孔上侧施工钻孔硐室外，在钻孔的下侧也施工钻孔硐室，使钻孔的阀门在硐室内。不仅满足阀门控制和检修要求，同时，避免车辆撞到钻孔阀门，保障辅助运输安全。
上榆泉煤矿经过钻孔排水工作的不断总结，取得了上述的一些经验，但是，不同地质条件下施工钻孔可能存在一定的差异。本论文中只是对上榆泉煤矿大巷延伸排水钻孔经验的一些总结，不足之处，敬请大家批评指正。
作者简介：石花军，男，出生于1987年6月，研究生，2016年12月获得中国矿业大学矿业工程硕士学位，现为中级工程师，现任国家能源集团国源电力有限公司上榆泉煤矿生产技术部主任。
关键词：钻孔 自流 排水 技术
1. 背景
上榆泉煤矿位于山西省河曲县城南25km处之黄河东岸，行政区划隶属河曲县沙坪乡、鹿固乡、巡镇管辖。回风大巷延伸段沿着煤层顶板掘进，辅运大巷沿着煤层底板定坡掘进。辅运大巷实现自流排水，回风大巷延伸段随着煤层起伏，在165m和650m各有一处低洼点，使用风泵进行排水。
2. 地质概况
2.1地理位置
大巷东为实体，南为一采区分界线，西为主、辅、回三条大巷，北为二采区分界线。
2.2煤层赋存情况
该煤层为长焰煤，该煤层及围岩属于上古生界石炭系上统太原组上部含煤岩段。采区稳定赋存，黑色，属半暗-半亮型煤，夹亮煤条带。底部发育一层0.70-0.92m的夹矸，层位较稳定，沿掘进方向逐渐增厚而分叉为10下号。夹矸岩性为炭质泥岩，夹泥岩条带，含丰富的植物化石。倾角1～11°，整体呈正坡回采，局部有波状起伏。
2.2.1 顶板情况
直接顶为砂质泥岩和中粒砂岩，2.51-9.98m，平均厚度7.12m，顶部为黑色砂质泥岩，含砂不匀，含炭质条带。中下部以灰白色中粒砂岩为主，厚层状，成分以石英、长石为主，分选差，中夹灰黑色、团块状泥岩，局部相变为粉砂岩、细砂岩。
2.2.2 底板情况
直接底为泥岩，0-2m，平均0.7m，灰黑色泥岩，薄层状，富含植物叶化石，沿掘进方向逐渐变薄至缺失;老底为中砂岩，1.82-4.41m，平均3.04m，以浅灰白色中砂岩为主，成分以石英为主，破碎，节理裂隙发育，局部相变为细砂岩、粉砂岩。其下为11号煤层，1.7-2.4m，平均1.79m，全采区稳定赋存，结构简单，属半暗-半亮型煤。
2.3 地质构造情况
巷道围岩大部分为层状结构的岩体，个别地段为块状结构，分选性、磨圆度较差，岩体比较完整，围岩稳定性较好。地层总体走向北东-南西，倾向北西的单斜构造。上覆松散层厚度84-107.24m，平均95.74m;上覆基岩厚度41-92.76m，平均63.5m;埋深125（回风大巷840m）-200m（上榆泉村地表）。
2.4瓦斯情况
根据瓦斯鉴定报告，该煤层为瓦斯相对涌出量0.20m3/t，绝对涌出量2.0m3/min。
2.5水文地质条件及充水性分析
2.5.1水文地质条件
2.5.1.1奥灰水
根据山西浩博工程咨询有限公司为我矿编制的《山西鲁能河曲电煤开发有限责任公司上榆泉煤矿矿井水文地质类型划分报告》，根据井田内及周边水文钻孔结合区域奥灰岩溶水位标高，井田内奥灰水水位标高约在847.22～854.34m之间。
2.5.1.2顶板砂岩裂隙水
根据水文地质类型划分报告资料，该含水层以砂岩裂隙为主，砂岩中裂隙不甚发育，富水性较差，一般单泉流量为0.01-0.10L/s。据勘探时施工的SZK5-4水文孔抽水试验资料，单位涌水量0.005L/s·m，水位标高931.815m，水位埋深79.28m，属弱富水含水层。
2.5.1.3松散岩类孔隙水
根据水文地质类型划分报告资料，该含水层主要为上第三系上新统砾石孔隙裂隙含水层和第四系上更新统黄土孔隙含水层。上第三系上新统下部为半胶结砾岩，砾石粗大，分选性、磨圆度好，胶结疏松，孔隙率大，并有开张性、延伸性较好的裂隙，但补给来源少，富水性不强，泉流量一般0.05L/s左右，属弱富水含水层。第四系黄土大面积分布在梁峁之上，该地层结构松散，垂直裂隙发育，易接受大气降水的补给，只因地形切割强烈，地形坡度较大，降水形成地表迳流下泄速度快，对地下水补给有限，地层连续性亦差，因此富水性差，在和其下部上第三系红土的接触面上往往形成泉水，一般单泉流量0.01-0.05L/s，属弱富水含水层。
2.5.1.4地表水
回风大巷和辅运大巷延伸对应地表多为缓坡、梁峁，沟谷发育，有强降雨时，洪水暂时流过，没有积水。
2.5.1.5上层采空积水
回风大巷和辅运大巷延伸上覆没有采空区。
2.5.2充水因素分析
2.5.2.1奥灰水
奥灰水位标高为847.22～854.34，回风大巷和辅运大巷延伸标高为881-905m，高于奥灰水最高水位26.66-57.78m，掘进施工不受奥灰水威胁。
2.5.2.2顶板砂岩裂隙水
根据水文地质类型划分报告资料，主要涌水来源为老顶砂岩，属弱富水性裂隙含水层。预计正常涌水量15-30m3/h，最大涌水量60m3/h。对工作面掘进施工影响不大。
2.5.2.3松散岩类孔隙水
因其为弱富水性含水层，补给来源少，与煤层间有基岩相隔，可通过下渗补给增加煤层顶板砂岩富水性，对掘进工作面无直接影响。
2.5.2.4地表水
回风大巷和辅运大巷延伸对应地表多为缓坡、梁峁，沟谷发育，有强降雨时有短暂洪水通过，掘进工作面不受地表水影响。
2.5.2.5上层采空积水 回风大巷和辅运大巷延伸上覆没有采空区。
2.6 回风巷及辅运大巷延伸段支护参数
回风大巷延伸段掘进断面宽6.2m，高4m，辅运大巷延伸段掘进断面宽6.2m，高4.3m。
顶板支护：两条巷道顶板均使用Φ18×1800mm的螺纹钢锚杆，排距为1000mm，间距为距帮200mm开始第一根锚杆至第三根锚杆、第五根至第七根之间间距1000mm、第三根至第五根之间间距900mm;锚杆均配套使用1支CK2350树脂药卷，扭矩均为200 N·m，锚固力50 KN，配套托盘尺寸为150×150×8mm。顶板锚索规格为1×7—Φ22mm，长8000mm，顶板锚索规格为1×7—Φ22mm，长8000mm，锚索布置为每排2根锚索，间排距2200×2000mm。Φ22mm锚索锚固力312KN，延伸率4%，预紧力200KN;锚索托板规格均为：300×300×16mm;每套锚索使用支CK2350树脂药卷。巷道顶板使用钢筋网，规格：Φ6.5mm钢筋焊接，网格120×120mm，网与网搭接均为100mm，采用14#铅丝双股“迈步式”绑扎、绑扎间距不大于200mm。
帮部支护：两帮使用4根Φ18×1600mm的圆钢锚杆，自顶板下500mm为第一根锚杆，间排距1000×1000mm;圆钢锚杆扭矩不小于100N·m，锚固力不小于50KN，配套托盘尺寸为120×120×8mm。幫锚杆每根锚杆均配套使用1支CK2350树脂锚固剂，端头锚固，间排距误差为±100mm，且托盘无反上现象。
帮网片使用钢筋网，规格：Φ6.5mm钢筋焊接，网格120×120mm，尺寸3800×1150mm，网与网搭接为100mm，采用14#铅丝双股“迈步式”绑扎、绑扎间距不大于200mm。
3.回风大巷延伸段排水现状及存在问题
3.1排水现状
回风大巷延伸段的积水主要为巷道水幕水和局部顶帮淋水，水量比较小。回风大巷延伸段积水通过水沟，把巷道内的积水收集到水窝内;然后通过风泵，把污水排水排水管道内，经过排水系统，把水排到地面。
3.2存在问题
风泵不能实现自动排水，每天需要安排人员进入回风大巷延伸段排水;风泵排水可靠性不强，存在配件损坏、风压不够等问题，影响排水效果;风泵工作时产生的噪声比较大，有损员工健康;检修等原因停风时，巷道容易产生积水，影响回风断面，增加通风阻力，同时影响瓦检等巡查人员通行。
4.钻孔排水法
回风大巷延伸段只有两个积水点，分别是回风大巷延伸段165m和650m处。经过分析以上两处对应辅运大巷的标高发现。回风大巷延伸段165m处底板标高为+897.71m，对应的辅运大巷底板标高为+889.7m，高差8.01m，平距44m。回风大巷延伸650m处底板标高为+910.18m，对应的辅运大巷侧底板标高为901.6m，高差为8.58m，平局为38m。
5.排水钻孔设计
考虑到钻孔坡度比较小，从回风大巷延伸段不能沿着底板水沟开孔。最终确定从辅运大巷内进行开孔。钻机开孔的最小高度为1.2m，考虑实际角度，最终把钻孔的开孔高度设计在1.8m。最终设计165m处钻孔坡度为仰角8.0°，650m处钻孔坡度为仰角10.1°，开孔高度均为1.8m，方位角均为213.5°。
6.排水钻孔施工
6.1钻孔施工技术准备
上榆泉煤矿地测组严格根据测量规范，现场标定了钻孔的开口位置。根据钻机的实际情况，生产技术部核验了钻孔的最小开孔高度，重新核验开口处顶帮条件，确认安全。
6.2 施工机具准备
本次钻孔施工使用了ZDY--4200L煤矿用液压坑道钻机。钻杆直径为73mm，钻头直径为133mm;钻机立轴额定扭转速60-120r/min，立轴额定转矩4200/1950N·m，给进行程800mm，钻进深度：500m;最大顶力125KN;起拔力95KN;爬坡能力20°;接地比压<0.05MPa;主轴倾角-5°-+25°，尺寸2580*1400*1610（mm），主机重量：3900kg
检查钻孔附近顶帮和两帮情况，确认顶板完好。通过调整钻机的左右履带，将钻机行驶至开孔位置。调整钻机的方位角，确保钻杆的中心线与开孔位置中心线一致;升起液压钻机的固定装置，将钻机与巷道顶板进行固定，保证施工过程中，钻机位置不发生变化;调整钻机钻臂的升降油缸，确保钻机的坡度与设计坡度保持一致。
6.3施工现场准备
首先保障水、电可以正常使用，并与钻机连接完好。水的流量、水质、水压符合要求;电的功率、电压、频率等满足要求。
6.4开孔
钻孔位置按设计要求进行标定，钻机固定后按开孔要素开孔。开钻前，需要进行开孔作业，即在巷道帮开口位置使用镐头凿一个坑，进行定位，避免钻头刚开始钻进时发生滑动，保证开口位置与设计位置保持一致。
6.5钻孔
钻进时现场管理人员要随时观察钻孔内的岩粉及沉渣，并要经常冲孔，确保孔底干净，防止发生埋钻、卡钻等事故。技术人员要定期到现场进行编录，指导钻探施工人员顺利施工。刚开始时，放慢钻机的给进速度，保证钻机固定牢固，缓缓地给进钻杆。每施工完毕一根钻杆后，再进行加钻杆工作。加钻杆时，钻机司机和加钻杆的工人配合好，严禁误操作。钻孔施工2m以后，开始加快钻进速度。
6.6 钻孔贯通
在钻孔贯通处提前设置警戒。核实贯通点附近是否有缆线、水管等，确保钻孔贯通后，不损坏巷道内的管线。钻孔贯通前10m时，安排人员到贯通点查看钻孔的实际位置是否有偏差，通过听钻头钻进的声音进行初步判断。同时，看护贯通点位置，严禁其他人员靠近贯通点。钻孔贯通后，核实贯通点煤壁是否发生片帮、塌孔等问题，对孔口进行加固和防护处理。 6.7 安装固定孔口的管道
孔口靠近辅运大巷侧（孔下口侧）安装108管，并用水泥砂浆进行封堵处理，避免管道和孔壁之间漏水。下口的外面安装一个三通，一侧与U型封堵器连接，一侧与球阀连接。U型封堵器用于防止风流经过钻孔直接进入回风巷，同时满足回风巷的水可以通过U型管流入辅运大巷内。球阀的目的是为了定期清理钻孔内的杂物，清理时，只需要把球阀打开，清理完毕后，将球阀关闭即可。
孔口的上侧安装108铁管，防治淤泥杂物直接进入孔内。孔口上车的铁管最高处略低于巷道底板上表面，避免巷道积水;同时高于钻孔口500mm，防止沉淀水中的淤泥堵塞钻孔。
在108铁管入口处焊接铁篦子，避免木屑、煤块等杂物进入钻孔，导致钻孔堵塞。此外安排人员定期清理水窝内的淤泥，避免淤泥过多堵塞排水钻孔。在钻孔的下口安装了与钻孔轴线相同的阀门。当钻孔堵塞时，可以使用钻机钻杆疏通钻孔。
7.鉆孔施工遇到的问题及解决方案
7.1 钻孔开孔坡度不准确
按照以往的施工方法，钻孔开孔的坡度使用坡度规进行测量。因坡度规为人员操作的工具，不同人员受个人业务能力、测量习惯等因素影响，导致钻孔开孔坡度偏差比较大。为了解决该问题，上榆泉煤矿施工钻孔时，让地测人员更具测量规范进行放线，全站仪的精度远远高于坡度规的精度，同时，受人员因素干扰的影响比较小，保证了钻孔开口坡度，保障了钻孔质量。
7.2钻孔飘孔
巷道煤层为煤岩交互赋存，煤和岩石的物理性质差异比较大，导致钻头无论从煤体进入岩体或从岩体进入煤体过程中都发生偏移。同时，钻杆本身有自重，在重力作用下，也会使钻头收到一个与钻进方向不完全一致的分力，导致钻头的钻进方向发生偏移。为了解决该问题，采取了增加定向器的措施。即正常情况下，使用钻孔使用一个定向器即可满足钻孔质量要求。这次，安装了两个定向器，通过增加定向器的长度，增加钻孔的定向质量。
8钻孔排水取得的效果
8.1 初步掌握了煤岩交互地质条件下钻孔参数。上榆泉煤矿煤层为复杂煤层，煤和矸石交互赋存。钻头在钻进过程中，因为煤和岩石的硬度不一样，导致钻孔发生飘移。根据钻孔的飘移情况，施工长40m、仰角10以内的钻孔，钻孔的坡度需要调小1.5度，基本可以打到预定的位置。
8.2减少风动排水设备，降低排水成本。通过钻孔排水技术。回风巷内的积水直接通过钻孔自流到辅运大巷内，不需要安装风泵。这样可以节省风泵购置费用、风泵维费用、巡查设备和排水人工费用等，预计每处风泵排水点可以节省3.2万元。
8.3取消风泵，消除了风泵排水的噪声源。风泵排水存在噪声超标的问题，钻孔排水技术可以减少风泵的使用量，减少了噪声声源，保障了员工减少或免受风泵噪声危害，保障了职业健康。
8.4实现自流排水
回风大巷延伸段165m和650m两个积水点，通过钻孔，把水自流到了辅运大巷延伸的水沟内，通过辅运大巷内的水沟，自流到到地面。
8.5持续优化钻孔排水方案
在回风大巷延伸段钻孔排水取得成功后，上榆泉煤矿在主平硐、辅运顺槽等进行了钻孔排水实践，均取得了比较好的效果。为了进一步方便钻孔排水阀门操作，计划进一步优化钻孔排水方案，除在钻孔上侧施工钻孔硐室外，在钻孔的下侧也施工钻孔硐室，使钻孔的阀门在硐室内。不仅满足阀门控制和检修要求，同时，避免车辆撞到钻孔阀门，保障辅助运输安全。
上榆泉煤矿经过钻孔排水工作的不断总结，取得了上述的一些经验，但是，不同地质条件下施工钻孔可能存在一定的差异。本论文中只是对上榆泉煤矿大巷延伸排水钻孔经验的一些总结，不足之处，敬请大家批评指正。
作者简介：石花军，男，出生于1987年6月，研究生，2016年12月获得中国矿业大学矿业工程硕士学位，现为中级工程师，现任国家能源集团国源电力有限公司上榆泉煤矿生产技术部主任。