尉海潮

(同煤集團(tuán)燕子山礦，山西 大同 037000)

引 言

目前，礦井水害問題越發(fā)突出，其中采空區(qū)積水事故約占礦井水害事故的75%左右[1]，究其原因是沒有嚴(yán)格按照探放水的要求進(jìn)行積水排放，在有積水征兆的情況下仍然進(jìn)行開采作業(yè)，因此，要預(yù)防礦井水害事故，就要將工作重點(diǎn)放在采空區(qū)探放水工作上，對(duì)煤層掘進(jìn)過程中探放水方案及工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

1 充水因素分析

1.1 頂板裂隙水

某煤礦屬可開采煤層中有裂隙帶含水層，含水層水位標(biāo)高為1 064.81 m，涌水量為2.633 L/s，煤層滲透系數(shù)為0.218 m/d，含水性較弱。

1.2 底板奧灰水

煤礦的奧灰水水位標(biāo)高為1 062 m，且與開采煤層的隔水層厚度為108 m，水壓為3.6 MPa，突水系數(shù)為0.03 MPa/m，在正常的開采情況下不會(huì)對(duì)煤層產(chǎn)生影響，但通過鉆孔、導(dǎo)水?dāng)鄬拥葧?huì)對(duì)開采煤層進(jìn)行補(bǔ)給，是間接充水水源。

1.3 采空區(qū)積水

工作面上覆有采空區(qū)，采空區(qū)的積水量約26 000 m3，積水面積約455 969 m2，容易引發(fā)水害事故[2]，對(duì)開采造成嚴(yán)重影響。

因此，開采掘進(jìn)的主要充水因素是工作面上覆的采空區(qū)積水，積水也會(huì)通過裂隙帶與含水層導(dǎo)通，形成導(dǎo)水通道，影響礦井的安全生產(chǎn)。

2 原探放水方案

2.1 探放水鉆孔布置

設(shè)計(jì)探放水鉆孔時(shí)，要考慮超前距、鉆孔間距、兩幫距離、允許最大掘進(jìn)距離，原探放水方案的參數(shù)為超前距30 m，兩幫距離30 m，允許最大掘進(jìn)距離70 m，由于要探測(cè)采空區(qū)積水，鉆孔間距設(shè)為3 m進(jìn)行布孔[3]。

2.2 采空區(qū)超前探工程布置

在進(jìn)行布孔時(shí)，由于終孔的垂距要小于1.5 m，將第一次的鉆孔均向上調(diào)節(jié)0.6°，第二次的鉆孔均向上調(diào)節(jié)0.3°，第三次的鉆孔均向上調(diào)節(jié)0.9°，以確保終孔時(shí)的垂距，探放水孔均是煤層孔，在順槽第一次共布置9個(gè)鉆孔，傾角為0.6°，鉆孔深度為200 m，各方位角情況如表1所示。

表1 第一次探放水鉆孔方位角

3 改進(jìn)后探放水方案設(shè)計(jì)

3.1 探放水設(shè)計(jì)原則

1) 施工隊(duì)在進(jìn)行探放水時(shí)要考慮實(shí)際積水區(qū)域的范圍，注意觀察煤柱的涌水情況，及時(shí)對(duì)涌水進(jìn)行疏放。

2) 探放水孔的孔徑為75 mm，驗(yàn)證孔的開孔孔徑為75 mm，止水套管的長(zhǎng)度為4 m，直徑為4寸，鉆進(jìn)7 m后將鉆桿取出，如果鉆孔處有水流出，在水量變小穩(wěn)定后將止水套管放入孔內(nèi)，采用水泥將止水套管封固[4]。

3) 根據(jù)鉆孔的實(shí)際出水情況來(lái)布置觀察孔，觀察孔不進(jìn)行封孔，其余的鉆孔在放完水后直接進(jìn)行封孔，確?？卓诙滤?，如果探測(cè)孔沒有出水，也要及時(shí)進(jìn)行封堵。

4) 在掘進(jìn)的過程中，如果煤壁上出現(xiàn)少量滲水或潮濕等現(xiàn)象時(shí)，每向前掘進(jìn)10 m，要在離底板3.2 m處施工驗(yàn)證孔，在低處留設(shè)觀察孔，準(zhǔn)備止水套管和閥門，有水流出則立即進(jìn)行排放，排空后要及時(shí)封孔，在水位低于底板的標(biāo)高時(shí)再向前掘進(jìn)。

3.2 探放水改進(jìn)方案

為了實(shí)現(xiàn)安全開采，采用物探和鉆探相結(jié)合的方法進(jìn)行超前探放水，物探超前探測(cè)使用的是防爆數(shù)字直流電法儀，一般勘探距離設(shè)為80 m，在循環(huán)探測(cè)時(shí)，相鄰兩個(gè)探測(cè)的要疊加20 m。鉆探時(shí)沿順槽的掘進(jìn)方向，三個(gè)鉆孔呈扇形布置，對(duì)每個(gè)孔依次進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，探放水孔的布置圖如圖1所示，鉆孔方向與巷道走向夾角為40°～50°，開口離底板的距離為1.5 m，鉆孔角度與煤層傾角相同均為0.6°，鉆探掘進(jìn)距離100 m，允許最大掘進(jìn)距離為70 m，提高安全性，三個(gè)鉆孔的方位角依次為67.7°、79.7°、91.7°，在確保水壓低于15 MPa時(shí)再向前掘進(jìn)。

圖1 改進(jìn)鉆孔布置圖

3.3 探放水工藝改進(jìn)

1) 預(yù)先挖好水泵窩，設(shè)置好排水系統(tǒng)，將水泵窩挖在巷道的最低處，便于后續(xù)的集中排水，配備2臺(tái)水泵，一臺(tái)工作一臺(tái)備用，工作水泵與排水管連接，將水排到運(yùn)輸膠帶處。

2) 鉆孔時(shí)采用直徑為43 mm的鉆頭，最終成孔時(shí)采用直徑為50 mm的鉆頭，鉆進(jìn)1.5 m后，先將控水管和控水閥門一同打入鉆孔中，再將鉆桿插入控水管繼續(xù)進(jìn)行鉆孔，在成孔后拔出鉆桿，同時(shí)裝上引水管，有效避免由于水壓過大而出現(xiàn)鉆桿不易拔出、或是鉆桿拔出后放水控制器不能及時(shí)打入鉆孔中的現(xiàn)象，減少了因煤壁塌陷而出現(xiàn)的水害事故，提高了探放水的安全性。

3) 成孔后將引水管引入水泵窩中，通過水泵窩進(jìn)行集中排水，同時(shí)控制放水量，提高放水的效率。

4) 在超出探水線20 m后，打開排放水控制器，在掘進(jìn)過程中進(jìn)行排水。

5) 在積水排干凈后，將控制器拔出，并對(duì)放水孔進(jìn)行封孔。

4 改進(jìn)前后對(duì)比分析

對(duì)探放水設(shè)計(jì)方案及工藝改進(jìn)前后進(jìn)行對(duì)比，主要從鉆孔數(shù)量、鉆孔掘進(jìn)尺、鉆孔工期以及相關(guān)費(fèi)用進(jìn)行比較，具體參數(shù)如表2所示。

表2 改進(jìn)前后參數(shù)對(duì)比表

從表2中可以看出，原探放水工程所需的鉆孔數(shù)量比改進(jìn)的鉆孔數(shù)量多，在相同的掘進(jìn)尺下，原探放水工程所需的工期和相關(guān)費(fèi)用也較多，改進(jìn)后的探放水工程針對(duì)性更強(qiáng)，安全性更高。

對(duì)改進(jìn)的探放水工程在某煤礦中進(jìn)行應(yīng)用，先對(duì)工作面進(jìn)行直流電法超前探測(cè)，在回風(fēng)順槽出現(xiàn)低電阻異常區(qū)域，按照改進(jìn)方案布置3個(gè)鉆孔，在1 122 m探測(cè)到有采空區(qū)，放出積水約450 m3，說明探測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確，而且改進(jìn)方案所需的工期和相關(guān)費(fèi)用都較低，實(shí)用性較強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)安全開采。

5 結(jié)論

針對(duì)煤層開采過程中出現(xiàn)的水害事故，以某煤礦工作面探放水為例。

1) 分析煤層充水因素，確定主要是由于采空區(qū)積水而產(chǎn)生的水害。

2) 采用物探和鉆探相結(jié)合的方法進(jìn)行探放水方案設(shè)計(jì)，先對(duì)工作面進(jìn)行直流電法超前探測(cè)，在回風(fēng)順槽出現(xiàn)低電阻異常區(qū)域，按照改進(jìn)方案布置3個(gè)鉆孔，在1 122 m探測(cè)到有采空區(qū)，放出積水約450 m3。

3) 改進(jìn)后的探放水工程所需的鉆孔數(shù)量、工期與相關(guān)費(fèi)用都較低，且針對(duì)性更強(qiáng)，安全性更高，能有效探放采空區(qū)的積水。