尚建凱

(山西晉煤集團(tuán)晉圣億欣煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048006)

0 引言

億欣煤業(yè)位于山西省晉城市沁水縣城龍港鎮(zhèn)堯都村，晉城規(guī)劃礦區(qū)西南部。井田地理坐標(biāo)為北緯35°37′59″～35°41′20″，東經(jīng)111°58′43″～112°04′57″。礦區(qū)距沁水縣城約10 km，沁水—中村縣級(jí)公路在井田南部通過(guò)，侯(馬)—月(山)鐵路在井田東北部通過(guò)，陽(yáng)翼高速公路在井田中部近東西向通過(guò)，交通條件十分便利。

億欣煤業(yè)是一座資源整合兼并重組礦井，由5個(gè)礦井整合而成，由山西沁水西港煤業(yè)有限公司、山西沁水富景西都煤業(yè)有限公司、山西沁水龍都煤業(yè)有限公司、山西沁水明陽(yáng)煤業(yè)有限公司、山西沁水祖河煤業(yè)有限公司兼并重組而成，并新增了部分空白資源。井田南部與晉圣三溝鑫都煤業(yè)相鄰，西部與晉圣松峪煤業(yè)相鄰，西北部與翼城東溝煤業(yè)相鄰。井田面積為31.516 7 km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模120萬(wàn)t/a。礦井開(kāi)拓方式為平硐-立井綜合開(kāi)拓方式，主平硐、副平硐在原富景西都煤業(yè)平硐基礎(chǔ)上進(jìn)行改造利用，其中原富景西都煤業(yè)開(kāi)采后存在2處老空區(qū)，探放老空區(qū)積水是保障礦井安全最有效的措施之一。

1 地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)條件

井田位于山西晉城沁水煤田西南部邊緣的沁水普查區(qū)域內(nèi)，井田西北部，西南部第四系上更新統(tǒng)(Q3)地層大面積出露，全新統(tǒng)(Q4)在井田中部杏河河谷及其兩側(cè)分布；井田范圍內(nèi)大面積分布有二疊系上統(tǒng)上石盒子組(P2s)、二疊系下統(tǒng)下石盒子組(P1x)地層，低凹地帶，河谷兩側(cè)分布有二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)，石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)地層，石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)、奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)地層零星出露。

2#煤層：位于山西組中部，井田區(qū)域內(nèi)外有鉆孔及井巷工程對(duì)煤層進(jìn)行了控制，煤層厚度0.25～2.40 m，平均1.50 m。井田范圍內(nèi)東部及西部的煤層較厚，中部逐漸變薄屬于不可采區(qū)域。為大部可采煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很少有夾矸，局部煤層含一層夾矸，其頂板巖性為黑灰色砂質(zhì)泥巖、細(xì)-中粒砂巖，底板巖性為灰黑色泥巖、粉砂巖。

15#煤層：位于太原組底部，井田區(qū)域內(nèi)外有鉆孔及井巷工程對(duì)煤層進(jìn)行了控制，K2灰?guī)r為其直接頂板，煤層厚度1.60～4.29 m，平均2.55 m。井田內(nèi)煤層厚度由東部向西逐漸變薄，為井田內(nèi)賦存區(qū)穩(wěn)定可采之煤層，煤層層位及厚度均很穩(wěn)定，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定型煤層。15#煤層中含1～2層泥巖夾矸，其頂板巖性為K2灰?guī)r，大部分有炭質(zhì)泥巖偽頂；底板為中厚層狀泥巖、炭質(zhì)泥巖。

1.2 水文地質(zhì)條件

該區(qū)屬黃河流域沁河水系沁水河支流，界內(nèi)主要為杏峪河上游沖溝，地表水由南、北向中部匯集到杏峪河，多年平均降水量609.5 mm。

第四系松散沉積物孔隙含水層：井田內(nèi)無(wú)大面積分布，多為溝谷底部或山間斜坡與低凹處，其含水層的埋深較淺，滲透性強(qiáng)，難存儲(chǔ)水，受季節(jié)變化影響較大；受區(qū)域內(nèi)煤礦的廣泛開(kāi)采，第四系含水層處于疏干、半疏干狀態(tài)。

二疊系碎屑巖類(lèi)裂隙含水層：該含水層主要指石盒子組及山西組，主要補(bǔ)給源為大氣降水和上覆含水層的滲透補(bǔ)給，含水層主要分布于2#煤層上部的K8砂巖，井田內(nèi)2#煤層經(jīng)過(guò)開(kāi)采的多年，存在大量采空區(qū)，在采空區(qū)塌陷范圍區(qū)域，地下水位下降，含水層含水量已接近半疏干狀態(tài)。

石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r及砂巖巖溶裂隙含水層：含水層位于該組地層的上部與中部，K6與K5、K4、K3、K2灰?guī)r及厚層中粒砂巖即屬該類(lèi)含水層，含水層富水性受裂隙發(fā)育程度及構(gòu)造或補(bǔ)給條件等因素控制，其不同地段富水性差異較大。據(jù)本井田施工ZK3-2號(hào)水文鉆孔15#煤層段抽水試驗(yàn)資料，鉆孔單位涌水量0.016～0.019 L/(s·m)，平均為0.017 5 L/(s·m)，滲透系數(shù)按承壓公式計(jì)算為0.090～0.103 m/d，平均為0.096 5 m/d。

奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽類(lèi)屬于巖溶裂隙含水層：本次井田內(nèi)施工ZK3-2號(hào)水文鉆孔，深度403.31 m，相當(dāng)標(biāo)高731.95 m，未見(jiàn)地下水，已穿透奧陶系峰峰組地層，揭露上馬家溝組地層129.63 m。據(jù)位于井田西南部的原沁水縣龍都煤業(yè)有限公司2009年施工的一眼開(kāi)采奧陶系巖溶水的深井資料，井深803.5 m，含水層為奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組和寒武系上統(tǒng)，經(jīng)連續(xù)7天抽水觀測(cè)靜水位埋深499.50 m，水位標(biāo)高702.91 m，位于井田SE10 km處的下沃泉村(延河泉域范圍內(nèi))巖溶深井水位標(biāo)高696 m，按區(qū)域地下水流向，該井位于龍都煤業(yè)有限公司深井的下游方向，計(jì)算兩井間水力坡度僅0.7‰，說(shuō)明泉域西邊界附近地下水處于滯緩狀態(tài)。據(jù)此，確定井田內(nèi)巖溶水位標(biāo)高為702～705 m。

2 探放老空區(qū)積水設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

億欣煤業(yè)首采盤(pán)區(qū)為15#煤層一盤(pán)區(qū)，煤層厚度平均2.55 m，煤層頂板為K2灰?guī)r，底板為炭質(zhì)泥巖，水文地質(zhì)類(lèi)型為中等，一盤(pán)區(qū)上覆2#煤層厚度小于0.6 m，屬于不可采區(qū)域。從主、副平硐井底，沿15#煤層頂板，向東方向布置3條大巷，分別為：東軌道大巷、東膠帶大巷和東回風(fēng)大巷。在主平硐的東側(cè)存在一處老空區(qū)，積水面積21 291 m2，積水量13 462 m3，積水標(biāo)高1 059.8～1 072.6 m，積水水頭為12.8 m，為及時(shí)把老空區(qū)積水疏放完，防止出現(xiàn)突水事故的發(fā)生，特編制探放老空區(qū)積水設(shè)計(jì)。

2.2 鉆場(chǎng)位置確定及驗(yàn)算

鉆場(chǎng)位置確定：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件主、副平硐距積水區(qū)域較遠(yuǎn)，為合理疏放老空水，鉆場(chǎng)預(yù)先設(shè)計(jì)在東軌道大巷200 m處，鉆場(chǎng)距老空區(qū)68 m，鉆孔起始位置標(biāo)高1 055.3 m，鉆孔終孔位置標(biāo)高1 061.2 m，老空積水區(qū)標(biāo)高1 059.8～1 072.6 m，鉆場(chǎng)鉆孔位置水壓為0.173 MPa，預(yù)計(jì)放水量10 238 m3。

鉆場(chǎng)安全煤柱留設(shè)情況驗(yàn)算：根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》中公式(1)計(jì)算施工過(guò)程中防隔水煤柱[1-2]。

(1)

2.3 探放水鉆孔設(shè)計(jì)、鉆機(jī)配備

鉆孔設(shè)計(jì)：鉆場(chǎng)布置5個(gè)鉆孔，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。在疏放老空區(qū)積水過(guò)程中先施工1#鉆孔，根據(jù)出水情況再施工2#、3#、4#及5#鉆孔。

表1 鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

止水套管長(zhǎng)度的確定：按照《煤礦防治水細(xì)則》中“水壓小于1 MPa止水套管長(zhǎng)度必須大于5 m”及“探放老空積水止水套管長(zhǎng)度不得小于10 m”，此次探放水最高水壓為0.173 MPa，止水套管設(shè)計(jì)為10 m。

止水套管的施工：選擇煤壁堅(jiān)硬地段開(kāi)孔，開(kāi)孔孔徑為φ127 mm，鉆進(jìn)至10 m下φ108 mm孔口管，從孔口管內(nèi)向四周壓入水泥漿，水泥漿凝結(jié)不小于48 h后掃孔，安裝壓力表和止水閘閥，注水進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力大于孔口末端承受靜水壓力的1.5～2倍，試驗(yàn)合格后，鉆進(jìn)至老空積水區(qū)域，采用無(wú)芯鉆進(jìn)。

鉆機(jī)配備：鉆機(jī)型號(hào)：ZLJ-700煤礦坑道鉆機(jī)，起拔力50 kN，推動(dòng)力30 kN，鉆孔角度范圍0°～360°。選取φ42 mm鉆桿，每根鉆桿的長(zhǎng)度為1 000 mm；選取φ127 mm鉆頭和φ75 mm鉆頭各一個(gè)。

2.4 鉆孔涌水量及排水設(shè)備選擇

鉆孔涌水量：根據(jù)《煤礦防治水手冊(cè)》中單孔出水量計(jì)算公式(2)計(jì)算單孔出水量。

(2)

排水設(shè)備選擇：根據(jù)老空區(qū)積水量，要求水泵及排水能力要滿足排出最大放水量[13-14]，經(jīng)過(guò)計(jì)算最大排水量與揚(yáng)程，排水設(shè)備選用100D-45×2型離心泵和4寸排水管路進(jìn)行排水，其中水泵4臺(tái)，2臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)應(yīng)急。

2.5 安全技術(shù)措施

鉆探工作開(kāi)始前，所有參與疏放老空區(qū)積水的人員及鉆探人員應(yīng)參加培訓(xùn)學(xué)習(xí)《煤礦安全規(guī)程》《鉆探工操作規(guī)程》《探放老空區(qū)積水設(shè)計(jì)及安全技術(shù)措施》等規(guī)程。施工前應(yīng)加強(qiáng)東軌道大巷200 m處鉆場(chǎng)附近的巷道支護(hù)，并在鉆場(chǎng)迎頭打好堅(jiān)固的立柱和攔板。在東軌道大巷200 m處挖好排水溝及水倉(cāng)，將預(yù)定好的排水設(shè)備配備到位方可鉆探。在東軌道大巷200 m處鉆場(chǎng)安設(shè)專(zhuān)用電話。參與此次探放老空區(qū)積水的人員均應(yīng)掌握避災(zāi)路線，并使安全退路暢通無(wú)阻，同時(shí)要與相鄰工作地點(diǎn)保持信號(hào)聯(lián)系，以便萬(wàn)一出水，能馬上通知人員撤離。根據(jù)設(shè)計(jì)，標(biāo)定探水孔角度時(shí)，由地測(cè)科測(cè)量人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)標(biāo)定。地測(cè)防治水科防治水技術(shù)人員及探水隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)應(yīng)親臨現(xiàn)場(chǎng)，共同確定鉆孔的方位、傾角。當(dāng)探放水孔鉆入老空水體時(shí)，應(yīng)停止鉆探，但不得拔出鉆孔內(nèi)的鉆桿。當(dāng)鉆孔內(nèi)的涌水量突然增大時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員應(yīng)立即向礦調(diào)度室匯報(bào)，并派人監(jiān)測(cè)鉆孔內(nèi)涌水情況。發(fā)現(xiàn)情況危急時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即撤出礦井內(nèi)所有受水害威脅區(qū)域的人員到安全地點(diǎn)。

3 效果驗(yàn)證

探放老空區(qū)積水設(shè)計(jì)完成后，探水隊(duì)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案對(duì)老空區(qū)的積水進(jìn)行了鉆孔疏放，施工1#孔施工至73 m時(shí)至老空區(qū)，有夾鉆現(xiàn)象，初始涌水量6 m3/h；施工2#孔至67 m時(shí)至老空區(qū)，初始涌水量58 m3/h；未施工3#、4#、5#孔。放水過(guò)程中采用止水閘閥對(duì)放水孔進(jìn)行了控制，用時(shí)16 d，共計(jì)放水量9 682 m3。由于及時(shí)排水，避免了巷道積水可能引發(fā)的事故，保證了正常生產(chǎn)工作，說(shuō)明方案設(shè)計(jì)合理，符合煤礦的實(shí)際情況，促進(jìn)了煤礦安全發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

本次探放老空水采取主動(dòng)探放原則，根據(jù)億欣煤業(yè)的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，在億欣煤業(yè)采掘工程平面圖上認(rèn)真分析老空區(qū)具體位置，確定老空區(qū)的積水范圍和積水量，對(duì)探放水鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，正確疏放了老空區(qū)積水。在實(shí)踐工作中應(yīng)用良好，對(duì)疏放井田內(nèi)的老空區(qū)積水具有指導(dǎo)意義。