牛冬冬
(汾西礦業(yè)集團 地測處,山西 介休 032000)
礦井水災害是井下重大災害之一,常常會造成巨大經濟損失,嚴重威脅著井下工人的生命安全。因此,提前進行井下放水工作措施,具有重要意義。
31108工作面是高陽煤礦三采區(qū)東翼開采第二個工作面。工作面走向長約1169m,傾向長200 m。該工作面南鄰31106工作面(未掘),西部為采區(qū)大巷,北為31110工作面(未掘),東臨近賢者向斜軸部。該工作面上部有我礦上組煤三采區(qū)和六采區(qū)采空區(qū),開采時間跨度大,預計有采空積水,遂擬疏放上組煤采空積水,以確保回采安全。
高陽煤礦31108工作面總體沿11#煤層掘進,開采9-10-11#煤層,煤層厚度平均為8.2 m,屬復雜結構煤層,穩(wěn)定可采,煤種為瘦煤。
本工作面地質構造較復雜,斷層、陷落柱發(fā)育。目前材料巷掘進至A12點前50m處揭露一個陷落柱;運輸巷掘進至A11點120 m。預計工作面還將揭露1條斷層F1,該斷層橫穿工作面,傾向約100°、傾角52°、落差7 m。材料巷施工過程中預計還將揭露3個陷落柱。煤層總體為一單斜構造區(qū),產狀為走向北東,傾向南東,傾角為5°~8°,煤層起伏較大,靠近切眼處為工作面最低處。
本工作面上覆含水層為煤層直接頂板K2灰?guī)r,其上還有K3、K4灰?guī)r含水層,含水量豐富,但補給不足,以靜儲量為主。下伏含水層為奧陶系石灰?guī)r,其含水豐富,煤層帶壓開采,部分區(qū)域突水系數大于0.06MPa/m,運輸巷開口前780 m帶壓最大,約為2.26MPa,隔水層厚度40 m,最大突水系數為0.067 MPa/m。此外需防范陷落柱邊界、陷落柱內部裂隙及斷層破碎帶將奧灰水導入工作面的危險,預計本工作面涌水量為30~300 m3/h。
31108工作面上部為該礦三采區(qū)的309、307、305、303、301和六采區(qū)的601工作面, 從西向東地勢減低,601工作面為地勢最低處。
根據煤層底板等值線情況推斷積水范圍,預計積水區(qū)域主要分布在301和601工作面,并對兩個工作面積水量分別進行預計算。
采空區(qū)積水量計算公式:W=KMS/cosα
式中:W為采空區(qū)積水量;M為采空區(qū)煤層采高;S為采礦空積水面積;α為煤層平均傾角;K為充水系數,取值如表1所示。
表1 采空區(qū)充水系數選取
31108工作面上方分布309、307、305、303、301和六采區(qū)的601工作面。這些工作面主要開采1#、2#煤層,開采31108工作面產生的冒落裂隙帶,有可能導通上組煤的采空積水。
鑒于上組煤各個工作面積水情況不明,各工作面保護煤柱的隔水情況不明,所以建議在每個工作面下方設計鉆孔,疏放上組煤采空積水。以保障工作面初采安全。
此次疏放31108工作面上組煤積水預先施工6個鉆孔,主要是驗證工作面上覆三采區(qū)和六采區(qū)上組煤采空積水。6個鉆孔必須打到采空區(qū)后方可停轉。六個鉆孔完成后,再根據鉆孔的施工、出水量情況分析后,適當的增加鉆孔。鉆孔參數如表2所示。
表2 放水鉆孔井下布置及參數
本設計在31108工作面6個鉆孔,鉆孔總進尺約540 m,各個鉆孔必須打到采空方可停轉。
鉆機型號ZY-650型、鉆探能力150 m,配套設備有鉆機、跑道、油泵、操作臺、鉆桿、油管、水管、電纜、孔口管、密封海帶和壓力表等。
(1)嚴格按照《煤礦安全規(guī)程》《鉆探操作規(guī)程》《防治水規(guī)定》進行操作。
(2)探水時必須按照探放水設計的要求進行施工,認真填寫施工原始記錄,所有鉆孔必須經“三方”(地測、安監(jiān)、防治水隊)聯(lián)合驗收。
(3)鉆探前必須將排水管路接好,水溝清挖干凈,保證排水通暢。
(4)本設計所有鉆孔均必須安裝孔口管,孔口管必須鉆到煤層頂板灰?guī)r上的砂巖中(預計孔口管長度為13.6 m),安裝時管口裹海帶,以保證鉆孔出水不會進入煤層裂隙,破壞頂板支護,引發(fā)冒頂事故。如遇特殊情況,必須及時匯報調度室、地測科;變更設計時,必須經礦總工程師批準。
(5)放水孔出水必須取樣化驗,確定水質類型。
針對上組煤采空積水,編制疏放上組煤采空積水設計,完成了6個放水孔,截至2017年7月18日疏放采空積水約7469 m3。
31108工作面自掘進過程以來,共進行了6次水質化驗,化驗結果如表3所示。
表3 水質化驗結果
通過表中化驗結果分析,工作面掘進過程中所取淋水水樣均為太灰水,放水孔水樣為老空水。
高陽煤礦31108工作面上部有該礦上組煤三采區(qū)和六采區(qū)采空區(qū),開采時間跨度大,預計有采空積水,本文根據該礦實際水文地質條件,采用理論計算及現(xiàn)場實踐的方法,疏放了上組煤采空積水。經計算,上組煤積水量總計為6240.8 m3,在31108工作面上組煤預先布置6個鉆孔進行采空區(qū)積水的疏放,截至2017年7月18日疏放采空積水約7469 m3,疏放上組煤積水效果良好。并進行了6次水質化驗,據化驗結果分析,工作面掘進過程中的淋水水樣均為太灰水,放水孔水樣為老空水。