左修波, 劉永鑫（山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司,山東 肥城 271600）

煤礦掘進(jìn)工作面上覆老空積水探放技術(shù)

左修波, 劉永鑫
（山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司,山東 肥城 271600）

摘 要：文章針對(duì)山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司井下掘進(jìn)過(guò)程中上覆采空區(qū)積水的探放,有效解決了采空區(qū)積水威脅, 實(shí)現(xiàn)了工作面的安全生產(chǎn)。同時(shí)文章分析了水害存在的原因和治理措施，取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，對(duì)類似礦井老空區(qū)水害治理具有參考意義。

關(guān)鍵詞：上覆采空區(qū)；老空積水；探放水技術(shù)

礦井水害事故是威脅煤礦安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一，而采空區(qū)突水約占煤礦水害事故的80%。采空區(qū)突水具有時(shí)間段、水量大、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以對(duì)煤礦采空區(qū)積水探放是礦井防治水的重要任務(wù)之一。

1　工作面概況及水患分析

山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司9204工作面位于9200采區(qū)的西北部，為一單斜構(gòu)造，走向：260°～20°,傾向：170°～290°,傾角：2°～5°,平均傾角3°。本面位于 f13、GF1斷層防水煤柱與GF22斷層防水煤柱之間，東至GF22斷層防水煤柱，西至 f13、GF1斷層防水煤柱，南至9200軌道石門，北至F3-1斷層防水煤柱。9204工作面直接頂板以灰色泥灰?guī)r為主，厚0～2.7m，平均1.26m，裂隙發(fā)育，局部富水性強(qiáng)，掘進(jìn)期間局部泥灰水將以淋水的形式影響巷道施工。老頂為灰色粉砂巖,含細(xì)粒FeS2 ,具水平層理,含植物化石碎片。

9204工作面上覆8204工作面底板徐灰經(jīng)注漿后已安全回采，受構(gòu)造影響，上下巷道施工期間起伏較多，采空區(qū)局部不具備自然泄水條件，老空區(qū)懷疑存有積水。為確保9204工作面安全掘進(jìn)，解除掘進(jìn)前方老空水患威脅，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有疑必探，先探后掘”的防治水原則，需對(duì)8204采空區(qū)進(jìn)行超前探放水工作。

2　老空水的成因及估算

2.1 老空水成因

8204工作面煤層直接頂為灰至深灰色灰?guī)r（四灰），厚2.54～7.13m，平均4.97m，質(zhì)地堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育，為極豐富到中等的含水層。下伏徐灰厚6.22～9.44m，平均7.48m，上距8煤平均33.2m，徐灰質(zhì)純致密，淺部巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)。由于斷層的升降和其導(dǎo)水性影響，徐灰成為四灰的直接補(bǔ)給水源，是8204工作面老空區(qū)的主要水源層。

2.2 老空積水區(qū)的估算

估算老空積水范圍積水量是探放水設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，根據(jù)收集資料，在采掘工程平面圖上深入分析研究確定8204工作面水倉(cāng)為積水區(qū)域，積水標(biāo)高為-219.1～-219.9m。計(jì)算公式如下：

式中： Q積---- 老空積水的積水量

K ----- 采空區(qū)積水平面積， m2取884.8m2

M----- 采空區(qū)的平均采高，m 取 2.1

F-----采空區(qū)充水系數(shù)0.3～0.5 取 0.4

α-----煤層傾角 取 4°

通過(guò)計(jì)算8204工作面采空區(qū)積水量約為750.7 m3

3　探放老空水技術(shù)方案設(shè)計(jì)

3.1 方案確定

本次鉆探采用SGZ-IB150型鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆孔呈扇形布置，原則上設(shè)計(jì)2個(gè)方位，全部控制上部采空區(qū)，一個(gè)方位布置3個(gè)鉆孔，鉆孔開孔孔口間距和排距不小于0.5m,終孔控制積水區(qū)下部、中部和上部，下部鉆孔終孔位置一般為采空區(qū)底部浮煤上部，鉆孔設(shè)計(jì)深度40～60m。

為確保9204工作面安全掘進(jìn)，在9204工作面鉆場(chǎng)內(nèi)探放8204采空區(qū)積水。探放水工程結(jié)束前，9204工作面運(yùn)中迎頭至積水區(qū)前30m停止掘進(jìn)。由于9204工作面局部不具備自然泄水條件，已在低洼處水倉(cāng)安設(shè)BQW100-28-15潛水泵（流量100 m3/h,揚(yáng)程28m,功率15KW）2臺(tái),采用雙回路供電，排水能力滿足鉆探工程需要。

3.2 鉆孔布置

根據(jù)上覆采空區(qū)積水實(shí)際情況，設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)位于9204工作面運(yùn)中迎頭退后3m，鉆場(chǎng)規(guī)格：長(zhǎng)6m,寬2.8m,高2m。

表1　鉆孔參數(shù)

3.3 安全技術(shù)措施

（1）探放水前，施工人員加固好鉆場(chǎng)內(nèi)巷道支護(hù)，鉆機(jī)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)方位固定牢固，安裝調(diào)試好鉆機(jī)，清理好泄水路線。

（2）一級(jí)套管為Φ108mm無(wú)縫鋼管并注漿固結(jié)，長(zhǎng)度為12m，鉆孔下入套管后用水泥、玻璃水雙液漿進(jìn)行封固，水泥漿比重1.5～1.8，套管下置越淺要比重越大；玻璃水用量以每100kg水泥加入10kg為宜，用水泥漿封固，水泥凝固后作耐壓試驗(yàn)，壓力值為2.0MPa,持續(xù)時(shí)間不少于30分鐘，耐壓試驗(yàn)時(shí)孔口及圍巖壁無(wú)漏水、滲水、套管無(wú)松動(dòng)、退出等異常現(xiàn)象視為合格，否則重封，套管試壓合格后，在孔口管上安設(shè)好止水閘閥。

（3）護(hù)孔管封固合格后，要用Φ71mm鉆頭鉆進(jìn)直至終孔。

（4）施工地點(diǎn)要配備專職瓦斯檢察員檢測(cè)瓦斯，負(fù)責(zé)探水施工過(guò)程中的安全工作，出現(xiàn)異常及時(shí)匯報(bào)處理。

（5）在第一個(gè)鉆孔眼出水后，根據(jù)水流量的大小，有技術(shù)人員再?zèng)Q定是否打下一個(gè)眼?？筛鶕?jù)實(shí)際情況，對(duì)鉆孔數(shù)量適當(dāng)增減，防止出現(xiàn)下巷存有積水現(xiàn)象。探眼無(wú)水時(shí)，必須用黃泥封固，防止有害氣體涌出和煤層自燃。

4　鉆孔施工過(guò)程

（1）施工第一個(gè)鉆孔放1孔，方位24°，傾角+11°,0～12m 為Φ110mm,下Φ108mm無(wú)縫鋼管制作的套管10m，外上長(zhǎng)度為1m 的Φ108mm孔口管一個(gè)，并注漿固結(jié)。然后改為Φ71mm鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)43.7m鉆透8204采空區(qū)積水區(qū)上部位置，停止鉆進(jìn)，初始涌水量約為18 m3/h，并伴有臭雞蛋味，0.5小時(shí)后，水量穩(wěn)定，拔出鉆桿，涌水量22 m3/h,1小時(shí)后鉆孔水量衰減至1 m3/h左右。

（2）繼續(xù)施工第二個(gè)鉆孔放1-2孔，方位24°，傾角+13°鉆進(jìn)41m鉆透8204采空區(qū)積水區(qū)下部位置，停止鉆進(jìn)，初始涌水量約為35m3/h， 1小時(shí)后水量穩(wěn)定，拔出鉆桿，涌水量45m3/h,3小時(shí)后鉆孔水量穩(wěn)定在43m3/h左右,16小時(shí)后，鉆孔水量衰減至23 m3/h。

（3）改變鉆進(jìn)方位，繼續(xù)施工第三個(gè)鉆孔放2-2孔，方位18°，傾角+12°鉆進(jìn)42.3m鉆透8204采空區(qū)積水區(qū)下部位置，停止鉆進(jìn)，終孔水量10m3/h，拔出鉆桿后，拔出鉆桿，涌水量12m3/h。

5　探放水效果

經(jīng)過(guò)2天的施工，順利完成了9204掘進(jìn)工作面鉆孔施工工作。共施工鉆孔3個(gè)，經(jīng)過(guò)3天的觀測(cè)，放1-2孔和放2-2孔水量基本穩(wěn)定在2 m3/h左右，工作面累計(jì)放水量800 m3左右?，F(xiàn)老空區(qū)內(nèi)靜積水已放凈，老空區(qū)內(nèi)含有動(dòng)水，動(dòng)水量2 m3/h。分析認(rèn)為由于斷層的升降和其導(dǎo)水性影響，徐灰為采空區(qū)的補(bǔ)給水源為2 m3/h，通過(guò)探放基本解除了該工作面上覆采空區(qū)積水的威脅，9204工作面可以恢復(fù)掘進(jìn)。

6　結(jié)語(yǔ)

為順利探放老空積水，應(yīng)做好探水鉆孔施工的前期準(zhǔn)備工作，根據(jù)采空區(qū)資料估算好積水量，制定切實(shí)可行的施工方案及安全措施，施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)鉆探情況及時(shí)調(diào)整鉆孔數(shù)量，確保水患排除。

山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司根據(jù)工作面實(shí)際情況及老空水的賦存狀況，制定了切實(shí)可行的探放水措施及實(shí)施方案，成功運(yùn)用SGZIB150型鉆機(jī)探放8204采空區(qū)積水，消除了工作面水患威脅，防止了水害事故的發(fā)生，確保了工作面的安全掘進(jìn)，為煤礦老空水治理積累了經(jīng)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：左修波(1983-) ，男,山東惠民人，水文地質(zhì)助理工程師,本科學(xué)歷，畢業(yè)于山東理工大學(xué)。