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(山西中煤東坡煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036000)

資源整合煤礦防治水工作實踐與認識

倪向忠，梁忠軍

(山西中煤東坡煤業(yè)有限公司，山西朔州036000)

分析了資源整合礦井特別是小礦井資料不清(全)、老空區(qū)范圍、積水不明等問題，介紹了礦井開展小煤礦老空水治理6個方面的工作，以及探放水工程實例，總結(jié)了準確鉆探的經(jīng)驗，提高了煤礦防治水工作的認識。

資源整合；煤礦；防治水

Practice of Water Disaster Prevention in Resources Integration Mine

山西省煤礦企業(yè)兼并重組整合工作從2008年開始，2011年基本結(jié)束，全省煤礦總數(shù)量從2800多處壓縮到1053處，現(xiàn)在大部分資源整合礦井都處于技術(shù)改造基建階段，部分已經(jīng)進入生產(chǎn)階段。

整合以前的小煤礦除少量單獨保留外，一般都由原來的三處左右整合成一處，這些小煤礦歷年開采過程中普遍存在著采掘方法和工藝不規(guī)范，采掘工程位置控制差，圖紙失真，停產(chǎn)以后積水情況不明，兼并重組整合以后礦井從上至下員工變動很大，新礦井中熟悉井下原來開采情況的人員很少等問題，給礦井防治水工作帶來很大壓力。由于防范措施不到位，最近幾年已發(fā)生了數(shù)起資源整合礦井老空透水事故，損失巨大，給社會造成負面影響。

為了防范透水事故發(fā)生，山西省政府規(guī)定了 “預(yù)測預(yù)報、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的防治水原則。各地為了摸清小煤礦老空積水情況，有效實施探放水工作，也都開展了各種卓有成效的工作，本文旨在通過介紹山西中煤東坡煤業(yè)有限公司的礦井實踐，介紹礦井開展小煤礦老空水治理6個方面的工作，以及探放水工程實例，總結(jié)了準確鉆探的經(jīng)驗，提高了煤礦防治水工作的認識。

1 礦井基本情況及整合后面臨的問題

山西中煤東坡煤業(yè)有限公司位于山西平朔礦區(qū)南端，于2009年8月整合了周邊金坡煤礦、金窯坡煤礦和泉安煤礦后，井田東西長約4km，南北平均寬約2.1km，面積8.3km2，批準生產(chǎn)能力提高到2.10Mt/a，采用斜井開拓方式，開采垂深120～360m。

礦區(qū)地表為黃土丘陵區(qū)，地形侵蝕切割嚴重，溝谷發(fā)育，黃土層的底部有一定隔水作用，小煤礦開采地表水滲入較少。井田地層傾角3～12°，構(gòu)造以斷層為主，有少量陷落柱?；讑W灰以上地層有本溪組、太原組、山西組和石盒子組，主要可采煤層為太原組4-1煤平均厚度5.39m、9煤平均厚度16.88m和11煤平均厚度3.76m。

整合的周邊三處小煤礦建于上世紀七、八十年代，原設(shè)計能力都為0.15Mt/a，泉安煤礦開采煤層為9煤，其他兩礦開采煤層為4-1煤和9煤，采用倉房式或短壁刀柱式炮采。

該三處小煤礦都存在著生產(chǎn)期間技術(shù)人員少、管理粗放，測量精度低，采空區(qū)和掘進巷道位置準確控制的較少，提供的圖紙很少且其中巷道標高點和煤層底板等高線不吻合，圖上的開采范圍不可信和采掘?qū)游蛔兓^大，礦井整合過程中小煤礦先后停產(chǎn)關(guān)閉，原礦井員工全部外流等問題，所有這些問題造成了整合后小煤礦采空區(qū)和巷道位置難于弄清，水流情況和積水范圍不清，對本礦井采掘工程存在安全威脅。

2 開展防治水工作

針對本礦實際和整合后面臨的防治水任務(wù)，本著實事求是、可靠實用和先易后難的原則，開展小煤礦老空水防治工作。

2.1 資料收集調(diào)查

在礦井整合過程中，除了收集圖紙資料外，安排技術(shù)人員盡量多的與原礦人員進行詢問交流，不在公開場合時鼓勵對方說真話講實情，同時判斷資料的準確度。

在整合手續(xù)完成后，由總工程師組織成立了小煤礦調(diào)查組，成員包括地質(zhì)、測量、防治水和設(shè)計等專業(yè)技術(shù)人員，本礦井老技術(shù)人員和技術(shù)工人，熟悉周邊煤礦情況具有人脈關(guān)系的聯(lián)絡(luò)人。調(diào)查組的任務(wù)是收集圖紙資料，了解小煤礦的測量坐標控制系統(tǒng)，井下主要巷道的測量控制點，工作面巷道施測方法及精度估計，采掘工程層位及位置，構(gòu)造揭露情況，涌水點及礦井排水量，出水水質(zhì)及水源，煤質(zhì)情況等。

調(diào)查首先從政府部門開始，一是查閱資料，二是與熟悉有關(guān)煤礦的領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員進行交流，取得指導(dǎo)和幫助。小煤礦的調(diào)查采用與個人聯(lián)系的方式，尋找前往他處的掌握小煤礦真實圖紙的人員，或是當時負責采礦、地測專業(yè)具體工作的技術(shù)人員和技術(shù)工人。所有調(diào)查資料都匯集到地測科，由專人進行整理，經(jīng)會審后編寫調(diào)查報告，并將資料放入全礦井整體圖紙中加以利用。如在本礦井生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)疑問，則及時進行補充調(diào)查后修改完善。

2.2 物探工作

根據(jù)探測手段，物探先行的原則，首先對用物探探測小煤礦老空和積水情況的可能性進行了調(diào)查研究。

本礦于2005年進行了地面三維地震補勘，經(jīng)過勘采對比，除少量斷層控制有效外，資料可靠性較低；2009年進行了地面小煤礦積水區(qū)電法探測，效果也不明顯。通過調(diào)查平朔礦區(qū)周邊煤礦地面物探情況，以及與科研院所一些專家交流后，認為在本礦區(qū)這種典型的黃土溝壑地形條件下，地面物探無論用何種方法，對小煤礦井下積水范圍，尤其是小巷道積水情況難以探測清楚?；谝陨险J識，決定放棄在地面對井下積水進行物探的計劃，選擇井下探測方案。

井下掘進迎頭超前探測，首先選擇了直流電法，2013年以后采用瞬變電磁法進行探測。

2.3 鉆探

專用鉆機鉆探是探放水工作的主要手段，嚴格按照山西省政府的有掘必探、有采必探規(guī)定執(zhí)行，成立專門探放水隊，由地測科進行管理，實行探掘分離，鉆機探測能力200m以上，始終保持30m以上的掘進迎頭超前距離。

因為大鉆機探測鉆孔布置少，且探測距離長時鉆孔偏斜大，而小煤礦巷道都比較小，難以保證鉆孔沒有疏漏，針對本礦煤層較硬的特點，增加了一種迎頭小鉆機進行補充探測，該鉆機為風動架柱式，輕便靈活，鉆進距離30m，在掘進隊每天檢修班時進行鉆進探測，保證超前距離10m以上。鉆孔布置采用扇形，設(shè)計孔底間距不大于2m，鉆桿與迎頭錨桿機共用，鉆孔直徑30mm。

2.4 水源判斷

出水水源的判斷一直緊密結(jié)合著鉆探，除了水色、水溫、水味和水壓等初步判斷外，主要依靠水質(zhì)化驗來確定，收集了周邊煤礦和本井田歷年資料，形成一張水質(zhì)對比表，將老空水與地層水區(qū)別開來，當迎頭有明顯出水時立即要求停止掘進，只有在確定水源是裂隙水時才允許有限度地掘進，以及采取相應(yīng)的措施。

2.5 對各小煤礦老空水區(qū)別治理

針對三處小煤礦的各自特點，開展了相應(yīng)的防治水工作。

位于井田西南角的原金坡煤礦，開采過程中與原東坡煤礦巷道相通，對其采取了巷道自然疏放的措施，讓其老空水通過東坡煤礦巷道不斷輸出，經(jīng)過排水溝進入中央水倉，排出地面。

位于井田西北角的原金窯坡煤礦，處于全井田最高位置，據(jù)調(diào)查該礦生產(chǎn)期間涌水量小，老空水應(yīng)以靜儲量為主，因此采取了疏放的措施徹底解除了威脅，然后采掘工程正常展開。

位于井田東南角的原泉安煤礦，處于全井田最低位置，據(jù)調(diào)查該礦生產(chǎn)期間涌水量大，有奧灰水涌出點，在停產(chǎn)以后老空水位不斷上升，根據(jù)分析其靜止水位應(yīng)在奧灰水頭以上，最大水壓2MPa。目前采取了以密集鉆孔探測，保證留足防水煤柱的隔離措施，待井下排水系統(tǒng)全部完善，礦井水處理系統(tǒng)改造完成后再開展工作。

2.6 建立完善的排水系統(tǒng)

針對老空水透水水量大來勢猛的特點，以及部分區(qū)域奧灰水承壓的特征，增大了排水系統(tǒng)能力。

為了防止突水淹沒井下中央變電所和泵房，在大巷最低處增設(shè)了1臺排量300m3/h的潛水泵，該泵由地面變電所直供電并配有直排管路。

各采區(qū)都建有水倉泵房，由采區(qū)變電所直接供電，配備離心式多級泵和配套排水管，排水能力250m3/h以上。在最低一個采區(qū)建立大容量水倉，并配備直排中央水倉的排量300m3/h潛水泵。

一般掘進頭敷設(shè)DN150和DN100各1趟排水管，重點掘進頭和采煤面下巷敷設(shè)2趟DN150排水管，相應(yīng)地DN150排水管配備排量80m3/h以上水泵，DN100排水管配備排量30m3/h以上水泵，同型號水泵要求1臺使用，另備用1臺以上。

與井下排水配套的地面礦井水處理系統(tǒng)，處理能力達330m3/h以上，使老空水處理后達標。

3 工程實例

3.1 基本情況

913工作面探放原金窯坡煤礦老空水。913工作面為9煤首采工作面，位于東坡井田西北部，走向長度1500m，面長240m，煤層平均厚度14.5m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平均傾角4°左右。

原金窯坡煤礦4煤為全層開采，采寬22～24m，留6～8m煤柱，房柱間隔為30m。9煤回采層位是底板以上10m，其上部留頂煤，房柱間隔一般采8m，留5m煤柱。

根據(jù)多次調(diào)查確認，原金窯坡煤礦在井田邊界附近開采時，采掘工程沒有進入原東坡煤礦井田，但未按規(guī)定留設(shè)20m邊界保安煤柱。

根據(jù)調(diào)查資料估算原金窯坡煤礦4煤老空積水面積為10000m2，積水標高1058～1062m，積水量1.9×104m3，9煤積水面積為2.9×104m2，積水標高1027～1036m，積水量8.8×104m3，原金窯坡煤礦開采時礦井涌水量大約在50m3/h，停產(chǎn)后老空積水應(yīng)以靜儲量為主。

3.2 探放水的設(shè)計要求

(1)編制方案設(shè)計和單孔設(shè)計，經(jīng)總工程師批準后實施。

(2)為便于排水和加快探放速度，施工專門探放水鉆窩，切眼處每60m施工1個鉆窩，材料巷每80～100m施工1個鉆窩,均施工于工作面外側(cè)，必要時采用2臺鉆機，分別在鉆窩和掘進迎頭進行超前探測。

(3)材料巷探測每次深度為130m，掘進100m；切眼處探測每次深度為90m，掘進60m，均按防治水規(guī)定保持30m超前距離。迎頭小鉆機鉆進距離為30m，留10m以上超前距離。由于原金窯坡煤礦老巷的平面位置和層位沒有準確資料，因此，在一定位置必須以探測到巷道進行疏放為準，否則增加探測孔數(shù)量直至找到巷道，在此期間巷道停止掘進。

(4)每個探測孔都必須安裝不少于5m的孔口管及閘閥，并用水泥固結(jié)，做到控制放水。采用zlj-400型鉆機，鉆探能力為200m，配備直徑42mm鉆桿。

(5)排水系統(tǒng)能力150m3/h以上，在 913工作面下巷最低處施工環(huán)形水倉，水倉的有效容量1000m3，作為突水時的緩沖空間，并編制貫徹水害應(yīng)急預(yù)案。

(6)探測孔終孔點之間的間距在1.5m左右，以避免漏探巷道。

(7)以探到老空區(qū)低洼處為原則，做到最大限度放盡老空區(qū)水。

(8)由于本次探放水的對象為老空水，當鉆孔水量減小或疏干時，必須再次掃孔以確定是否真正疏干還是堵孔所致。

(9)物探超前探測作為鉆探設(shè)計參考。

3.3 探放水工程實施及取得經(jīng)驗

自2010年1月20日至6月30日，原金窯坡煤礦913工作面掘進過程中，共施工探放4煤、9煤老空水鉆孔34個，總工程量3119m，共疏放水量24×104m3，疏放后出水量維持在15m3/h的動水狀態(tài)，積水線已遠離913工作面40m，徹底解除了該處9煤開采的安全威脅，與留煤柱相比多回采煤炭1.0Mt。

913工作面掘進過程中能在15m厚煤層中探測到原金窯坡煤礦的小巷道，主要經(jīng)驗為：

(1)設(shè)計目標明確。按照探測老硐可能的位置，逐步抬升鉆孔終孔點的高度，抬升角度視探測點到被探測巷道的預(yù)計距離，計算各個鉆孔的抬升角度，保持各鉆孔終孔點在垂直方向的間距為1.5m。

(2)小煤礦在該處的巷道資料比較可靠。通過對地方管理部門正規(guī)調(diào)查和多方尋找老礦曾經(jīng)工作的技術(shù)人員了解情況，多次進行對比分析，基本掌握了老窯采掘情況和巷道分布，為鉆孔布置提供了依據(jù)。

(3)鉆深不宜過長。從探測到的兩條老硐看，913切眼3號鉆窩到9203副巷的水平距離為41.6m，913材料巷絞車窩到西側(cè)老硐的水平距離為35m。認為在東坡煤礦的煤巖層條件下，開孔位置到被探測巷道的距離在30～40m為宜，這樣既保證了安全間距，又使得鉆孔的偏斜小。

(4)鉆孔角度準確。鉆孔開孔時使用羅盤確定方位誤差比較大，為確保其方位和仰俯角符合設(shè)計要求，采用全站儀放線，可以比較準確地給定鉆孔方位。

(5)鉆工操作熟練，鉆進給壓均勻，使用扶正器，使鉆孔比較平直。

(6)鉆機固定牢靠。采用至少4個液壓支柱或千斤頂壓住鉆機，使得鉆機在鉆進加壓或抽動鉆桿時鉆機不移動，減少鉆孔偏斜。

(7)準確判層。鉆工熟悉鉆孔施工中要穿過的層位，當鉆進沖洗巖粉發(fā)生變化時，及時判斷層位，這樣，不僅掌握本鉆孔終孔點的層位，也為下一個鉆孔參數(shù)的調(diào)整提供了依據(jù)。

(8)采用無芯和取芯同徑鉆頭施工，當難以確定層位時，可分段取芯，確定鉆孔目前的施工層位，同樣為后面的鉆孔布置提供參考。

(9)超前物探起到了很好的警示作用，特別是切眼的第3次超前探測，發(fā)現(xiàn)掘進頭前方存在一處視電阻率低阻異常，根據(jù)物探目標施工了疏放水鉆孔，準確打透了老硐，驗證到鉆孔探測和物探解釋位置相差不到2m。

4 幾點認識

通過本單位對整合小煤礦防治水工作的實踐，得出如下認識：

(1)對小煤礦資料的不斷收集和調(diào)查，可獲得不少有價值的內(nèi)容，為以后的防治水工作起到事半功倍的效果。該項工作是小煤礦老空水防治必須的前提工作，也是最經(jīng)濟的手段，但要注意對各種資料的甄別。

(2)從地面探測小煤礦老空水難度大，尤其對充水巷道的探測目前沒有很好的技術(shù)方法，在地形復(fù)雜或地層物性條件不好的地區(qū)，建議放棄地面物探手段，以免浪費資金或造成資料誤導(dǎo)。

(3)小煤礦老巷道較難提前探測到，尤其在厚煤層和特厚煤層中，可采用物探先行查找異常，鉆探結(jié)合物探資料進行驗證。鉆探應(yīng)以長短結(jié)合，在水壓不大的情況下可施工小孔徑鉆孔，以縮短鉆探時間。鉆孔扇形布置要視掌握的情況來確定是以平面還是垂直方向為主。尋找小巷道鉆深不宜大。

(4)完善的排水系統(tǒng)和足夠的排水能力，是小煤礦老空水探放工作順利開展的前提，足夠容量的緩沖水倉起到安全排放水的作用。

(5)遇大量的老空水時，根據(jù)煤巖層硬度和破碎情況確定套管封管長度，在確保封孔質(zhì)量的情況下，能夠做到控制放水，就能實現(xiàn)安全探放水。

[責任編輯：鄒正立]

2014-06-16

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.06.030

倪向忠(1963-)，男，江蘇海門人，高級工程師，山西中煤東坡煤業(yè)有限公司總工程師，從事煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)研究。

倪向忠，梁忠軍.資源整合煤礦防治水工作實踐與認識[J].煤礦開采，2014，19(6)：113-115，63.

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