王 成

遠距離深孔探放水技術在礦井煤層群中的應用

王 成

(新疆焦煤集團有限責任公司1930煤礦，新疆 烏魯木齊 830025)

近些年，全國煤礦安全形勢較為嚴峻，各類安全事故頻發(fā)，其中采空區(qū)、老窯透水事故發(fā)生較多。1930煤礦于1988年投產至今，已回采近23年，礦井開采水平經過兩次延深，垂深達到150余米。礦井現(xiàn)回采的36211綜采工作面受上部35211采空區(qū)積水威脅，為確保36211工作面回采安全，需對35211采空區(qū)積水進行探放工作。經過研究決定采用遠距離深孔探、放的方式排放采空區(qū)積水，消除其對回采工作面的威脅。通過對5#煤層采空區(qū)積水量估算、探放地總選擇及鉆孔參數(shù)設計，順利完成探放水工作，為礦井在今后開采深部煤層群時實施探放水工作提供了寶貴經驗。

遠距離深孔;探放水技術;深部開采煤層群

新疆焦煤集團有限責任公司1930煤礦布置兩個采區(qū)，主采 4#、5#、6#、7#煤層。煤層群賦存走向近東西，傾向南北，傾角由東至西逐漸增大(18°～26°)，煤層底板等高線變化較大。煤層群編號由南至北順層排號，即同水平各煤層回采順序為4#～7#依次布置。

礦井現(xiàn)開采水平已延深至+1800水平。其直接充水含水層為八道灣組含煤巖系裂隙含水層。八道灣組含煤巖系裂隙含水層因其富水性較強可能會對井下安全造成危害;地表水艾維爾溝河的滲漏而成為礦床充水的危險水源。第四系強含水層，主要分布在河床及河流兩岸和支溝的溝谷內，含水層主要為Q4的沖洪積層。主溝含水層一般厚度不超過10，由砂礫石及卵石、漂石組成，此含水層直接受河水補給，含水層水也向河里排泄，成互補關系。此層水及河水是礦區(qū)開采的主要水患。通過對上述充水因素的綜合分析，已經基本查明工作區(qū)內各煤層主要接受含煤地層和第四系含水層地下水及地表水直接或間接的充水。當煤層開采到一定深度時，井下采空區(qū)達到一定規(guī)模后，煤層間的巖層勢必坍塌或陷落，其產生的冒裂帶與采空區(qū)溝通造成突水，所以礦井在生產巷道開拓過程中必須按“探水—掘進—探水”循環(huán)進行，而且采煤過程中應加強頂?shù)装宓墓芾砉ぷ?，密切注意突水征兆，嚴防突水事故的發(fā)生，確保礦井生產的安全。

現(xiàn)階段回采的36211綜采工作面布置在二采區(qū)翼6#煤層東，工作面布置時為保證傾向等長及運輸巷鋪設皮帶和回風巷鋪設軌道等因素，采用見6#煤層頂板沿中線掘進布置，造成巷道起伏較大，例如運輸巷開口點標高為 +1 802.00 m，最低點標高為+1 772.636 m，落差近30 m。同樣，此回采階段中6#煤層上部的5#煤層也存在此類情況，所以造成采空區(qū)內低洼處大量積水無法正常排出。

礦井綜采工作面均采用深孔超前預爆破垮落頂板充填采空區(qū)，6#煤層上距5#煤層僅18.7～20.76 m，平均19.73 m。在5#煤層采空區(qū)大量積水的情況下，36211綜采面推進至最低點時將受到5#采空區(qū)水害的威脅，甚至發(fā)生透水事故。為確保36211工作面回采安全，需對原5#煤層采空區(qū)積水進行探放工作。

1 5#煤層采空區(qū)積水量估算

1.1 5#煤層采空區(qū)積水分析

1)35211運輸巷口標高為 +1 810.6 m。2)35211運輸巷最低點標高為+1 789.4 m。3)由于35211工作面運輸巷密閉設置有反水池，采空區(qū)內高于+1 810.6 m水平積水可自流，所以，采空區(qū)積水水面高度與運輸巷密閉處標高基本一致，5#煤層采空區(qū)積水示意圖見圖1。根據圖1預計積水高度為21 m。考慮頂板垮落，計算采空區(qū)冒落高度為16 m，可能造成水面抬升37 m。巷道垮落帶高度示意圖見圖2。

1.2 采空區(qū)積水估算

采空區(qū)積水量：

式中：

W—老空積水量，m3;

M—采厚，m;

a—老空走向長度，m;

h—老窯老空垂高，m;

α—煤層傾角;

K—老空的充水系數(shù)，一般采空區(qū)取0.3～0.5，煤巷取 0.5 ～0.8，巖巷取0.8 ～1.0。

2 探放水地點的選擇及鉆孔參數(shù)設計

1)探放水地點選擇：36211運輸巷361 m處DY667點，435 m處DY668點。

2)貫通點設計：設計與35211運輸巷358 m DY505點、456 mDY507點貫通。貫通點高程：+1 798.7 m、+1 798.4 m。首先考慮施工 1#孔，進行泄壓;在繼續(xù)施工2#孔，保證采空區(qū)低洼處積水全部流出。

3)鉆孔參數(shù)設計。

1#鉆孔參數(shù)計算：

鉆機位于巷道下幫，根據35211、36211工作面平面圖可知，計算出轉角：

鉆機頭向東南，沿巷道中線偏下幫70°。

鉆機仰角：

鉆孔長度：

按照上述參數(shù)施工，36211運輸巷361 m處立1#鉆孔可與35211運輸巷358 mDY505點貫通。鉆孔施工剩余5 m停止施工，待各項工作準備完成后方可貫通。

2#鉆孔參數(shù)計算：

鉆機位于巷道下幫，根據35211、36211工作面平面圖可知，計算出轉角：

鉆機頭向東，沿巷道中線偏下幫47°。

鉆機仰角：

鉆孔長度：

按照上述參數(shù)施工，在36211運輸巷435 m處立2#鉆孔可與35211運輸巷456 mDY507點貫通。鉆孔施工剩余5 m停止施工，待各項工作準備完成后方可貫通。36211運輸巷鉆孔平面示意圖見圖3。

3 探放水工程實施

3.1 探孔實施設備、設施及材料

1)鉆孔設備：ZY－750(D)型煤礦用全液壓鉆機。2)開孔直徑：d115 mm。3)鉆孔直徑：d94 mm。4)快速凝結水泥。5)開關、雙電源線路、水泵。6)備用d108 mm水管及配套設施。7)36211運輸巷481 m處最低點巷道下幫挖設臨時水倉，水倉尺寸：長 ×寬 ×高［10.0×3.5×1.5(底板以下)］。8) 清理36211運輸巷DY667－DY669導線點間水溝。

3.2 孔口鋼管加工

1)孔口管采用d108 mm×4 mm無縫鋼管加工，鋼管長度為1.5 m。鋼管外用麻繩纏裹以增大摩擦力。

2)在鋼管上焊接托盤，托盤尺寸35 cm×35 cm，角度與頂板角度一致。

3)鋼管上焊接高壓法蘭盤，在孔口管外側距法蘭盤100 mm位置安裝通氣閥門。

3.3 孔口鋼管埋設

1)用鉆機連接套聯(lián)接d115 mm鉆頭，當鉆孔深度達到3.5 m時，退出鉆桿、拆卸d115 mm鉆頭，安裝d108 mm×1 500 mm鋼管，鋼管在巖層內預埋深度為 1.0 m，外露0.5 m。

2)退出鉆桿，用麻繩、大布纏繞鋼管，將鋼管推入孔內，用大錘將孔口管打緊。

3)在孔口外打注4根錨桿，使用管箍、螺桿固定托盤。

3.4 施工探放水鉆孔

1)鉆頭、鉆桿穿過d108 mm鋼管，閥門，用羅盤調整好鉆機仰角，直至鉆孔貫通。

2)退出鉆桿、拆卸鉆機，直接安裝d108 mm鋼管排水管配合使用彎頭將水排至臨時水倉，后經水泵泵至采區(qū)6#主水倉。

3)拆卸鉆機、退鉆桿時鉆孔流水壓力較大，為保證排水需將臨時水倉水泵提前開啟，保證鉆孔出水能夠及時排出。

4 鉆孔排放水時間分析

4.1 鉆孔出水量計算

式中：

Q—單孔出水量，m3/min;

C—流量系數(shù)，其值與孔壁粗糙度，孔徑大小，鉆孔深度等因素有關，可由試驗得出，無資料時可用0.6 ～0.7;

ω—鉆孔斷面積，m2;

g—重力加速度，取9.81 m/s2;

h—鉆孔出口處最大水頭高度。

4.2 單個鉆孔放水天數(shù)計算

采空區(qū)積水量為54 654 m3;鉆孔出水量為133.2 m3/h。

5 實際效果評價

由于兩個鉆孔在排放水期間不同程度的受淤煤堵塞及排放后期水壓降低等因素影響，實際排放天數(shù)15天，累計排放采空區(qū)積水量52 132 m3，順利完成此次采空區(qū)積水探排任務，為36211綜采面回采提供安全保障。

此次探放水工作從設計實施到效果評價，礦井安排工程技術人員全程參與，為礦井在以后開采過程中解決和處理采空區(qū)積水問題積累了寶貴的經驗。

［1］ 張榮立.采礦工程設計手冊下冊［M］.北京：煤礦工業(yè)出版社，2010：3583－3584.

［2］ 李光輝.1930煤礦綜采放頂煤工作面探放水技術實踐［J］.煤礦現(xiàn)代化，2011(4)：24－25.

Long Distance Deep Hole Water Detection and Drainage Technology in Mine Coal Seam Group in the Application

Wang Cheng

In recent years，the national coal mine safety situation is more severe，frequent all types of accidents，which mined－out area，the old kiln flooding incidents more.1930 coal production in 1988，there have been no recovery of nearly 23 years，twice the level of the extension of mining depth，vertical depth of 150 meters.Recovery of 36 211 mine is fully mechanized coal face by the upper part of 35211 goaf water threat，to ensure safe mining face 36211，35211 to be mined－out area on the water to explore the place of work.After discussion decided to explore the use of remote deep hole，put the way emissions goaf water，to eliminate the threat of mining face.After a rigorous calculation，rational design，well－organized，successful completion of the exploration drainage work for the deep mine coal seams mined in the future when the implementation of the exploration group has provided valuable experience in drainage work.

Long－distance hole;Probe drainage techniques;Coal seams

TD745+.2

A

1672－0652(2011)10－0017－04

2011－10－09

王 成(1967—)，男，四川蓬安人，1994年畢業(yè)于甘肅煤炭職工大學，工程師，主要從事礦井通風技術管理工作(E －mail)ygb002615@126.com