白玉峰

近距離煤層掘進超前探放水技術

白玉峰

在煤礦開采過程中，由于上覆煤層開采而形成采空區(qū)，在開采下覆煤層時，對上覆采空區(qū)積水了解不清，或者放水不徹底，隨著下覆工作面的推進及老頂垮落，上覆采空區(qū)積水隨之涌入工作面，形成透水事故。針對近距離煤層上覆采空區(qū)積水水體分布形式、幾何位置、積水量存在的不同類型，掘巷期間采取“先探后放、探放結合”的不同探放水技術，進行有針對性的超前探放。

近距離煤層；采空區(qū)積水；探放水

0 引言

礦井水災是礦井五大災害之一，礦井防治水管理一直都是大同礦區(qū)礦井管理工作的重中之重。大同煤礦集團公司云岡礦是一座年產超過500萬t的特大型礦井，是多煤層開采和被周邊小窯嚴重破壞的礦井。云岡礦開采歷史悠久，采空區(qū)遍布整個礦區(qū)，包括古采空區(qū)、大礦的采空區(qū)和小煤礦采空區(qū)。采空區(qū)形成后，在有補給水源的前提下，于低洼地帶長時間匯集，使原煤層的采空部位積水，從而形成采空區(qū)積水。采空區(qū)積水量大小不一，其大小與積水條件和采空的時間等因素有關。根據礦井多年開采實踐，對于大礦形成的積水區(qū)，其積水范圍和積水量較易掌握，而對于老窯和小煤礦采空積水區(qū)的積水范圍和積水量則難以掌握。采空區(qū)積水的存在，嚴重影響著礦井的安全生產。2006年～2012年期間，大同煤礦集團公司云岡礦、山西省王家?guī)X煤礦、甘肅省景泰縣通達煤礦、內蒙古錫林郭勒盟鑲黃旗源林煤礦等多處煤礦發(fā)生透水事故。為此，我礦針對采空區(qū)積水類型的不同，進行進一步研究，采取不同方案解決水患，確保安全生產。

1 工作面概況及水患分析

1.1 工作面概況

云岡礦11-2#層311盤區(qū)81106、81108、81110工作面地面位于老窯溝，北高南低，有一條公路通過其上。東部區(qū)域為311-1軌3條盤區(qū)巷及破魯老窯溝礦破壞區(qū)（11-2#層），北部為311軌3條盤區(qū)巷，南部為上深澗鐵路保護煤柱。

工作面煤層總體比較穩(wěn)定，厚度在1.3 m～2.9 m之間。直接頂為灰白色粉細砂巖互層，粉砂巖為主，水平層理；直接底為灰白色粗-中-粉細砂巖，北部以粗、中粒砂巖為主，中部發(fā)育為粉砂巖，南部發(fā)育為粉砂巖、粉細砂巖互層，向南粒度變小，北部和中部夾有少量炭質泥巖。

1.2 工作面水患分析

云岡礦 11-2#層 311盤區(qū) （現采層） 81106、81108、81110工作面上覆為11-1#層，屬于較大積水區(qū)。其北部上覆為11-1#層8906、8908大礦采空區(qū)，于2006年～2008年采空。當時11-1#層21111巷透水，大部分水涌入上述采空區(qū)中；南部上覆絕大部分為破魯煤礦（已關閉）破壞區(qū)，其內水、瓦斯等情況不明，從煤層底板等高線和充水性圖及小窯僅有的訪查資料分析，預計破壞區(qū)內存有大量的采空積水；且11-2#煤層與11-1#煤層層間距為6 m～13.5 m，屬于近距離開采煤層，直接頂基本為粉細砂巖互層，性脆易碎。巷道掘進時，上覆采空區(qū)內充滿的積水沒有得到釋放，會造成掘巷圈面期間頂板軟化、局部頂板壓力增大、難以維護，嚴重影響著掘巷期間的安全生產，同時也大大增加了探放水工作的難度。

2 積水量分析和探放水方案

2.1 采空區(qū)積水量的估算

以云岡礦現采層11-2#層81106、81108、81110工作面上覆11-1#層8908和8906工作面采空區(qū)為例，積水水量的計算：

Q=KSh.

式中：Q——采空區(qū)積水量，m3；K——充水系數，取20%；h——工作面回采高度，m；S——采空區(qū)面積，m2。

取K值時，根據采空區(qū)年限的長短適當增減。根據歷年采空區(qū)水量計算經驗，K值取20%～25%。

8908工作面于2007年開采，采高h=2.13 m；8906工作面于2006年開采，采高h=2.3 m。根據煤層底板等高線及充水性圖分析，可預測出該采空區(qū)的積水線，并得出8908采空區(qū)積水面積為S=10 500.4 m2，8906采空區(qū)積水面積為S=24 530.4 m2。經過調查分析得出，該采空區(qū)無其他大的補給水源，因此K值取0.2，由Q=KSh得出8908采空區(qū)積水量Q=0.2×10 500.4×2.13=4 410.2 m3，8906 工作面采空區(qū)積水量 Q=0.2×24 530.4×2.3=11 284.0 m3。11-1# 層破魯煤礦已采空多年，采空面積及積水量無法估算，只能在采掘期間執(zhí)行邊掘邊探，保證工作面安全生產。

2.2 探放水方案

為徹底解除對11-2#層81106、81108、81110工作面的威脅，在掘巷期間，云岡礦地測部門堅持“有掘必探，有采必探”的原則，根據大礦采空區(qū)和小窯采空區(qū)充水條件、采空積水存在的幾何形態(tài)的不同，采取不同的探放方式。

①在對上覆11-1#層8908、8906采空區(qū)積水，積水范圍基本清楚的情況下，放水孔應盡量打在積水區(qū)域的最低點，有針對性地探放。鉆孔的方位、傾角、斜長應根據層間對應關系確定。以21108巷向上覆8908工作面采空區(qū)所施工的1#放水孔為例，1#設計放水孔開孔于21108巷低洼處，標高為1 034.75 m，終孔位置位于11-1#層8908采空區(qū)內最低點，標高為1 047.0 m。由此可得出該處層間距為12.25 m，同時由層間對應關系得出1#設計放水孔開孔位置和終孔位置的平距為53.8 m，方位為90°，則由三角關系可計算出該放水孔的傾角θ=arctan （12.25/53.8） =11.3°。

②對破魯小窯采空區(qū)內積水根據僅有的訪查圖紙，結合巷道排水能力，確定鉆孔個數。為了充分放水，采取“先探后放、探放結合”技術，從預計積水區(qū)域最低點向積水區(qū)域最高點每隔一定距離打一組探水孔進行密集性排查，根據各組探孔的出水、水壓情況，再采取擴大孔徑進行探放的方法。

3 探放水實施過程

3.1 探放水設備

探水鉆機為TUX-75 kW型鉆機，配備鉆孔孔口控水裝置、固結套管，安裝閘閥，止水套管須在10 m以上，安裝水壓、流量傳感器等儀器、儀表等。

3.2 排水系統(tǒng)

為了滿足此次探放水，在81106、81108、81110三個工作面兩順槽各配備1趟φ=133.3 mm管路和2趟φ=66.7 mm管路，12臺45 kW水泵、6臺18.5 kW水泵、10臺5.5 kW水泵，在巷道低洼處構建了8個臨時水倉和2個盤區(qū)水倉，并派專人負責排水全過程。

3.3 探放水期間的水量觀測

在放水期間，派專人進行24 h監(jiān)測，隨時統(tǒng)計放水量，檢驗放水效果。放水結束后寫出放水總結報告，分析放水量與預計的采空區(qū)積水量是否相符，積水是否徹底放完。

經過統(tǒng)計，81106工作面共施工探放水孔48個，進尺502 m，放出8906、8908采空區(qū)水量7 000 m3，放出小窯水量21 000 m3，共計放出水量28 000 m3；81108工作面共施工放水孔35個，進尺455 m，共計放出水量11 000 m3。這兩個面放水工作的順利完成，81110工作面共計施工的30個放水孔，通孔后基本無水。采用此方法后，既解放了上覆采空積水下103萬t的煤炭儲量，又能減輕掘進時頂板壓力，節(jié)約支護材料，贏得工作面搬家準備時間，使81106、81110工作面在煤層薄、斷層多的情況下月平均回采進度200 m左右，從未受到上覆采空積水的影響，順利采完，為礦連續(xù)2 a突破540萬t產量創(chuàng)造了前提條件。

4 結論

由于本技術是在巷道掘進過程中進行探放，存在著多邊作業(yè)，不可避免存在施工時間和空間上的沖突，需要合理地協(xié)調、合作。

在掘進期間采用“先探后放、探放結合”的先進技術，尤其是對積水量大或積水范圍、積水量不清的上覆采空區(qū)積水超前探放，突破了在工作面圈出，排水系統(tǒng)健全的情況下，以放為主的傳統(tǒng)性放水做法，起到了有的放矢的效果，減少了許多盲目性探鉆工序和工作量，這是我們根據歷年的探放水經驗總結出的一套具有完整性、科學性、可行性的探放水先進技術。該技術在煤礦防治水工作日趨重要、形勢日趨嚴峻、水文地質條件復雜的礦井，尤其是對采空區(qū)近探近放具有很大的應用空間，值得煤礦系統(tǒng)在礦井防治水工作中借鑒和推廣。

Drivage Advanced Exploratory Drain Technology of Close Coal Seam

Bai Yufeng

during the coal mining,overlying coal seam mining causes the formation of goaf.When mining overlying coal seam under，we understand the overlying goaf hydrops understand unclear,or drain incomplete.With the overlying working face advance and the old roof caving,overlying goaf water then into working face,permeable accident was formed.According to water distribution form,geometric position,product water exist different types about close distance coal seam overlying goaf hydrops,we adopt exploratory drain technology of “First exploratory after discharge,ground put combination”， and put the targeted advanced exploratory.

close coal seam；goaf water； water exploration

TD745

B

1000-4866（2012）03-0018-03

白玉峰，男，1974年8月出生，畢業(yè)于大同煤炭職業(yè)技術學院（大專），現在大同煤礦集團公司云岡礦工作，注冊安全工程師。

2012-05-14

2012-05-29