摘 要：老空區(qū)積水具有水量大、涌水迅速的特點(diǎn)，這是礦井透水事故發(fā)生主因。文章結(jié)合礦井實(shí)際探放水施工，從老空區(qū)積水探測、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定方面分析了探放水施工要點(diǎn)技術(shù)，并重點(diǎn)介紹了探放水鉆孔施工，望對類似積水探放施工有所借鑒。

關(guān)鍵詞：老空積水；探測；技術(shù)參數(shù)；鉆孔施工

中圖分類號：TD745.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0025-01

礦井透水事故發(fā)生的主要源頭為老空積水，重視老空積水探放是降低水害的有效措施。南方礦區(qū)所處地質(zhì)條件較為復(fù)雜，構(gòu)造侵蝕剝、地形陡峭、良好的地表排泄條件以及降水量多等條件為老空區(qū)積水提供了良好的條件。老空區(qū)突水具有時(shí)間短、水量大的特點(diǎn)，會對礦井生產(chǎn)造成嚴(yán)重破壞。據(jù)數(shù)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，礦井透水事故在煤礦事故中占有比例近7%，相較其他類型而言其事故比例較低，但其危害性是最大的。

1 工程概況

某煤礦主采煤層為中厚煤層，傾角4～6度，傾向北偏西，整個(gè)煤層產(chǎn)狀為一向斜構(gòu)造，向斜軸基本上在工作面走向中部。地質(zhì)勘探中揭露該煤層頂板存在一富水系數(shù)很大的承壓裂隙含水層，煤層開采后的采空區(qū)形成大面積積水，水量非常大。井田內(nèi)部分布有較多老空區(qū)與小窯，其中積聚大量老空水，對相鄰工作面的開采造成威脅。留設(shè)防水煤柱會造成大量煤炭資源損失，影響礦井效益，綜合比較之后確定在相鄰工作面軌道順槽掘進(jìn)過程中集中探放老空區(qū)積水。

2 老空區(qū)積水探測

老空區(qū)積水探放施工前應(yīng)對老空區(qū)積水情況進(jìn)行全面的了解與掌握，首先要分析與論證已掌握的歷史數(shù)據(jù)資料，并結(jié)合井下物探、鉆探和巷探等多種手段，以求數(shù)據(jù)收集的精確度。

2.1 井下探測方案

井下探測采空區(qū)積水采用\"鉆探為主，物探為輔\"的手段，一般先探測回風(fēng)順槽，后探測運(yùn)輸順槽，先淺后深的方法。探測施工首先在工作面切眼的上部回風(fēng)順槽兩側(cè)100 m范圍內(nèi)進(jìn)行，采用分組鉆孔探水施工，如所鉆孔都沒有探測到采空區(qū)積水，可根據(jù)情況適當(dāng)?shù)卦黾訋讉€(gè)鉆孔進(jìn)行補(bǔ)探作業(yè)，最后整理分析鉆孔數(shù)據(jù)，得出本組鉆孔控制范圍附近有無積水。依次下移，分別在切眼中部和下部進(jìn)行鉆孔勘探，每組鉆孔的布設(shè)數(shù)量不得少于3個(gè)，鉆孔呈扇形分布，終孔間距控制在15 m以內(nèi)，根據(jù)實(shí)際情況增加驗(yàn)證孔。如在切眼下口位置探測到積水區(qū)域，應(yīng)在其下方增加鉆孔數(shù)量，并重新規(guī)劃鉆孔布置方案，探測出老空區(qū)積水的實(shí)際邊界位置，以期將老空區(qū)積水排放干凈。

2.2 老空區(qū)積水估算

根據(jù)以往地質(zhì)資料和開采過程中揭露的老空區(qū)積水情況，對探測區(qū)域的老空區(qū)積水進(jìn)行估算。該煤層老空區(qū)積水靜水位標(biāo)高約在+511 m的水平，預(yù)計(jì)老空區(qū)底部標(biāo)高為+485 m，則計(jì)算得到靜水頭高度36 m。老空區(qū)積水孔隙率按以往探放采空區(qū)積水經(jīng)驗(yàn)取值為8%，老空區(qū)積水面積約為197 935 m2，積水區(qū)域形狀按照楔體計(jì)算，則老空區(qū)靜水量為：

3 老空積水探放關(guān)鍵技術(shù)

消除老空區(qū)積水危害最直接有效的措施就是排放積水。根據(jù)井田地質(zhì)條件以及老空區(qū)積水探測情況，該煤層工作面沿走向布置，并且由于采區(qū)有向斜結(jié)構(gòu)的存在，軌道順槽位于采空區(qū)積水區(qū)域最低點(diǎn)。依據(jù)積水位置和煤層賦存條件，在老空區(qū)相鄰工作面的皮帶順槽最低點(diǎn)距底板1 m高位置布置三個(gè)探放水孔，布置三個(gè)放水鉆孔，集中疏放老空區(qū)積水。探放水方案確定之后，應(yīng)對具體施工參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括以下幾種。

3.1 探水線

探水線為整個(gè)探放水施工邊界線，按照相關(guān)規(guī)定要求老空區(qū)積水外緣60 m區(qū)域?yàn)楸敬问┕ぬ剿€。采掘工作面進(jìn)入積水邊界20 m范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)立即停止施工作業(yè)，進(jìn)行打鉆放水，如圖1所示。而一些礦井在確定積水區(qū)位置及水壓參數(shù)時(shí)，憑借以往工作經(jīng)驗(yàn)，以煤層30 m和巖層20 m這一標(biāo)準(zhǔn)來確定探水線到積水區(qū)最小距離，此方法不存在科學(xué)依據(jù)，會造成巨大的安全隱患。

3.2 超前距

探放水施工一般需要多次打鉆才能打通積水區(qū)，探水與掘進(jìn)施工往往交替進(jìn)行。為安全起見，探水作業(yè)應(yīng)先于掘進(jìn)，確保打鉆終孔位置在采掘工作面一定距離，即超前距。超前距可通過下式計(jì)算得到：

其中：a為超前距，m；L為巷道跨度，m；P為水頭壓力，MPa；Kp為隔水層抗張強(qiáng)度，MPa；A為安全系數(shù)，取值范圍2～5；

根據(jù)國內(nèi)相關(guān)探放水施工經(jīng)驗(yàn)，井下積水探放水超前距離不應(yīng)小于20 m，可根據(jù)煤層厚度可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。該礦探放水超前距離為40～53 m。

3.3 最小鉆探長度

探放水工作主要依靠探放水機(jī)具進(jìn)行施工，其對放水鉆孔成型質(zhì)量甚至最終放水效果都有重要影響。探放水機(jī)具的選擇需要考慮最小鉆探長度的影響，盡可能依據(jù)礦井現(xiàn)有設(shè)備條件。最小鉆探長度為循環(huán)采掘長度與超前距之和，后期采掘長度可由倒算法得出，禁止超采情況出現(xiàn)。鉆探施工應(yīng)由專門探放水機(jī)具進(jìn)行，嚴(yán)禁其他非專業(yè)器具進(jìn)行代替。工程選用鉆機(jī)為煤礦用坑道鉆機(jī)，最小鉆探長度為50 m。

3.4 鉆孔打設(shè)

探放水施工方案的確定要綜合考慮鉆孔參數(shù)、鉆孔附近構(gòu)造發(fā)育情況、煤質(zhì)硬度以及水頭高度等因素的影響，一般探放水施工前準(zhǔn)備工作有兩個(gè)方面：首先根據(jù)探放水方案以及煤礦現(xiàn)有設(shè)備條件，選取探放水所需的設(shè)備及材料，如鉆機(jī)、鉆頭、擴(kuò)孔器、排水設(shè)備等；其次，根據(jù)放水鉆孔實(shí)際參數(shù)進(jìn)行鉆孔與放水。鉆孔施工控制與成孔質(zhì)量是影響探放水效果的關(guān)鍵素，施工中應(yīng)在以下幾個(gè)方面多加注意：

①為便于將老空區(qū)中積水全部放出，鉆孔開孔位置應(yīng)盡可能降低，考慮施工難易程度，開孔位置距底板1 m，直徑150 mm。

②鉆孔軌跡應(yīng)做到嚴(yán)格控制，施工中應(yīng)做到“三點(diǎn)一線”，將鉆頭、穩(wěn)定器與孔位始終保持在一直線上。鉆孔打設(shè)初期應(yīng)做到“柔性施工”，鉆頭鉆進(jìn)2.5 m距離后安裝套管、控制閥門與法蘭盤，管線周圍用相應(yīng)的材料進(jìn)行密封。為驗(yàn)證孔管密封質(zhì)量，可在擋孔施工一定時(shí)間后進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)為半小時(shí)內(nèi)孔管不漏水、不活動。

③鉆頭依次穿過鋼管與閥門進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，鉆孔仰角控制通過調(diào)整鉆機(jī)角度實(shí)現(xiàn)（鉆機(jī)上安設(shè)羅盤），直至鉆孔貫通。退出鉆桿并移除鉆機(jī)，迅速安裝排水管將積水排放至水倉。鉆孔貫通初期，水壓較大，需提前開啟水泵將涌水及時(shí)排出。

4 結(jié) 語

①老空積水的防治重點(diǎn)在于探測與治理，探測中需要綜合采用物探、鉆探與巷探等方式確定老空區(qū)積水特征；治理中留設(shè)煤柱雖能夠減少工作量，但其會造成煤炭資源損失，將老空積水放出才能從根本上解決水患。老空積水探放需要從技術(shù)方面做好設(shè)計(jì)工作，包括確定超前距、最小鉆探距離等參數(shù)，設(shè)計(jì)合理鉆孔與排水施工工藝，以確保積水充分放出與探放水施工安全。

②由工程實(shí)踐得出，3鉆孔成孔質(zhì)量良好，老空區(qū)積水排放較為徹底，鉆孔與放水過程并未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。探水與掘進(jìn)施工設(shè)計(jì)合理，巷道掘進(jìn)速度并未受到探水施工較大影響。

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