張 鵬

（中煤第七十一工程處有限責(zé)任公司）

沙爾貢煤礦現(xiàn)代化改造項(xiàng)目是中國政府提供優(yōu)惠貸款支持建設(shè)的項(xiàng)目，是烏茲別克米爾濟(jì)約耶夫總統(tǒng)與習(xí)近平主席達(dá)成的重要經(jīng)貿(mào)成果之一。沙爾貢煤礦項(xiàng)目是“一帶一路”上的精品工程、安全工程、放心工程，是烏茲別克斯坦第一個(gè)現(xiàn)代化礦井，是中國優(yōu)勢產(chǎn)能和烏煤礦轉(zhuǎn)型升級(jí)的有機(jī)結(jié)合。作為烏茲別克斯坦第一個(gè)現(xiàn)代化礦井，烏國幾乎無成熟的防治水理論和可靠的老空水防治經(jīng)驗(yàn)。所以主要依靠國內(nèi)的理論，技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行老空水疏放工作。與國內(nèi)煤礦老空水相比，裂隙水、灰?guī)r水、鉆孔水、斷層水等發(fā)生重大事故的頻率大很多，因此，該礦老空水水害防治成為了重中之重。沙爾貢煤礦W01上覆采空區(qū)位置不準(zhǔn)確、不詳細(xì)，給W01巷道掘進(jìn)帶來了極大的安全隱患，相比較國內(nèi)綜采工作面留下的采空區(qū)，疏放水難度更大。W01巖巷為本工程項(xiàng)目關(guān)鍵線路，準(zhǔn)確鉆進(jìn)采空區(qū)，快速疏放采空區(qū)積水，有利于安全生產(chǎn)和縮短工期［1-3］。

1 項(xiàng)目概況

沙爾貢煤礦位于烏茲別克斯坦共和國蘇爾漢河州薩雷阿西亞區(qū)沙爾貢市，該礦于1958年建成投產(chǎn)，采用多水平小階段爆破采煤法，年生產(chǎn)能力約4.5萬t。1991年烏茲別克斯坦獨(dú)立后，礦井生產(chǎn)能力逐步萎縮，目前井下處于停產(chǎn)狀態(tài)。按照烏茲別克斯坦政府的相關(guān)規(guī)劃，擬將沙爾貢煤礦原來年產(chǎn)16萬t的礦井改造為年產(chǎn)90萬t的礦井。

礦井單一開采煤層為M煤層，煤層賦存標(biāo)高為+925~+2 200 m，煤層傾角為45°~48°，煤層厚度為3.85~13.68 m，平均7.57 m。

W01工作面運(yùn)輸順槽屬于I上采區(qū)，位于中央塊段且和6#平硐貫通，設(shè)計(jì)長度為1 166 m，巷道外段K0+000～+312 m坡度為0°，K0+312～+488.6 m為8°。中央塊段開采水平+1 430 m處的最小涌水量為200~300 m3/h，最大涌水量為400 m3/h。中央塊段涌水量詳見表1。

2 水文地質(zhì)

本井田共劃分6個(gè)含水層。單一開采煤層“M”煤層位于森加爾巖系含煤亞組夾層間，主要巖系厚度為24 m，其中粉砂巖、泥巖與煤為不透水層。地下水綜合體是裂隙巖層型，水力互聯(lián)為承壓型，巖層滲透系數(shù)為0.04 m/s，根據(jù)國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，該巖層為強(qiáng)滲透性巖層。但是下部灰?guī)r埋藏距離W01工作面運(yùn)輸順槽較遠(yuǎn)，發(fā)生灰?guī)r水害和裂隙水害概率低。

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W01工作面運(yùn)輸順槽K0+312～+571.6 m段上覆巖（煤）層共5個(gè)采空區(qū)和4條老巷，從上至下、從左至右依次編號(hào)1#采空區(qū)（平面面積為9 455 m2）、2#采空區(qū)（平面面積為3 277 m2）、3#采空區(qū)（平面面積為5 357 m2）、4#采空區(qū)（平面面積為4 554 m2）和5#采空區(qū)（平面面積為1 469 m2），采空區(qū)總面積為24 112 m2。其中1#、3#、4#和5#采空區(qū)通過老巷和+1 430 m西大巷相互貫通，+1 430 m西大巷的積水通過6#平硐自流出井。W01工作面運(yùn)輸順槽K0+327～+511 m段巷道距采空區(qū)底板最小法線距離為17~25 m，老空區(qū)水害安全隱患較大（圖1）。

3 老空區(qū)積水面積計(jì)算和積水量預(yù)測

3.1 探放水“3線”確定

確定警戒線、探水線、積水線是老空區(qū)探放水工程的核心部分，其設(shè)計(jì)編制和工程實(shí)施都是圍繞這3線進(jìn)行的。

本工程中W01工作面運(yùn)輸順槽巷道北幫共5個(gè)回采區(qū)域，可以將探放水工程分為2個(gè)階段進(jìn)行，鉆孔分組布置。

第一階段最靠近W01迎頭方向的老空巷道是確定積水線的關(guān)鍵，煤層傾角45°，巷道平均坡度16°，該巷道沒有名稱，為了后面敘述方便暫稱之為A巷道，A巷道為20多年的老空巷道，頂部與6#平硐的接口已經(jīng)封閉，但是它與其他老巷貫通，可以通達(dá)+1 430 m西大巷，該巷道常年有水流出，平均涌水量為90 m3/h，最大為150 m3/h，這是確定積水最高點(diǎn)標(biāo)高的關(guān)鍵。因?yàn)橄锏榔露容^大，不考慮中間起伏情況，可以將積水最高點(diǎn)標(biāo)高定為+1 430 m，積水最低點(diǎn)標(biāo)高定為+1 307 m，為巷道下山最低點(diǎn)。注意事項(xiàng)如下。

（1）誤把頂板標(biāo)高當(dāng)作積水邊緣。積水老空區(qū)中有一邊肯定是巷道的頂?shù)装?，但是具體是頂板還是底板，還要考慮巷道的具體位置、煤層傾伏。

（2）不清楚探水孔終孔標(biāo)高與積水邊緣標(biāo)高的關(guān)系。正常來講，探水孔終孔標(biāo)高穿過老空區(qū)底板標(biāo)高就行，即打透采空區(qū)底板，所以正常情況應(yīng)當(dāng)按照慣例繪制采空區(qū)巷道剖面圖，而非想當(dāng)然的確定一個(gè)標(biāo)高。

A巷道應(yīng)該確定為底板，投影面向上，根據(jù)式（1）計(jì)算：

式中，L為平面投影長度，m；h為水頭值高差，m；α為煤層傾角。

確定了頂板上積水線，具體見圖2。正常外推積水線30 m和60 m分別確定為探水線和警戒線，與W01巷道分別相交于K0+280 m、K0+197 m處。

第二階段以直接和+1 430 m西大巷相連的巷道為界，該巷道也沒有名稱，為了后面敘述方便暫稱之為B巷道。因?yàn)橄锏榔露容^大，不考慮中間起伏情況，可以將積水最高點(diǎn)標(biāo)高定為+1 430 m，積水最低點(diǎn)標(biāo)高定為巷道下山最低點(diǎn)+1 340 m。第二階段的“3線”位置確定方法和第一階段一樣，正常外推積水線30 m和60 m分別確定為探水線和警戒線，與W01巷道分別相交于K0+415.6 m、K0+331 m處，具體見圖3。

3.2 積水面積和積水量計(jì)算

采空區(qū)積水面積就是積水線范圍內(nèi)的面積，在AutoCAD圖上可以直接量出，第一階段積水面積為18 191 m2，第二階段為17 261 m2，總面積為35 452 m2。

采空區(qū)巷道積水量可以通過式（2）計(jì)算：

式中，W為積水量，m3；K為充水系數(shù)；M為煤層厚度，m；S為積水面積，m2。

充水系數(shù)按0.1考慮，則根據(jù)式（2），采空區(qū)第一階段積水量W1=16 724 m3，采空區(qū)第二階段積水量W2=16 724 m3，總積水量為W=32 593 m3。

3.3 采空區(qū)補(bǔ)給水情況

項(xiàng)目開工后，定期對(duì)6#平硐施工區(qū)+1 430 m水平東翼、西翼及6#平硐K0+960 m處的補(bǔ)給水量進(jìn)行測定，實(shí)測數(shù)據(jù)詳見表2。

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4 鉆孔探放水

4.1 鉆孔及放水施工

（1）在W01運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面探放上覆巖層老空水的關(guān)鍵是根據(jù)老空水的積水區(qū)確定鉆孔的落點(diǎn)。事實(shí)上，沙爾貢礦資料不詳，沒有巷道實(shí)測剖面圖和工作面采后底板實(shí)測平面等高線圖，不可能得出巷道中的低洼點(diǎn)，但是煤層傾角平均約為45°，因此，不考慮國內(nèi)綜采面每個(gè)巷道有高低起伏及工作面上下兩巷之間對(duì)應(yīng)的高低關(guān)系，所有采空區(qū)和老巷直接是聯(lián)通的，因此，可以簡單地認(rèn)為是單斜構(gòu)造。不考慮積水點(diǎn)多而且分散，只考慮水頭最低點(diǎn)為積水點(diǎn)。施工中W01運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面第一階段第三組老空水探放孔及鉆場布置情況如表3及圖4所示。

（2）鉆場選擇。老空區(qū)積水點(diǎn)是探放水鉆孔的靶區(qū)，探放水鉆孔的鉆場無需修建專門的鉆窩，直接在W01運(yùn)輸順槽迎頭打鉆，巷道寬為4.2 m，探放水期間鉆探設(shè)備不會(huì)影響巷道的通行，后路暢通［4-7］。

（3）鉆孔施工。+1 430 m西大巷和采空區(qū)貫通，常年涌水，有毒有害氣體基本溢出，所以采空區(qū)水不承壓，總水頭值=流速水頭+位置水頭+壓力水頭，據(jù)推算老空水的水頭值不小于1.1 MPa。根據(jù)預(yù)計(jì)水頭，開孔后下入長度為10 m的?108 mm地質(zhì)套管，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.5 MPa。

（4）控制性放水。揭露老空水后鉆具退出，在完成水壓、涌水量等測試工作后，要利用孔口閥門進(jìn)行控制放水，水量大時(shí)要適當(dāng)關(guān)小閥門，直至最后將水放干。掘進(jìn)工作面距離臨時(shí)水倉142 m，放水孔可將水排入水溝，通過水溝流入水倉［8-10］。

老空水放水中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鉆孔堵塞現(xiàn)象，其原因是老空區(qū)底部泥質(zhì)物會(huì)被老空水沖入鉆孔中，因此應(yīng)當(dāng)經(jīng)常透孔，保證疏放質(zhì)量［11-12］。

4.2 排水系統(tǒng)

（1）在W01運(yùn)輸順槽K0+109 m處巷道南幫擬設(shè)臨時(shí)水倉，采用三級(jí)排水。采空區(qū)積水由工作面放水位置經(jīng)巷道水溝自流至臨時(shí)水倉，再由臨時(shí)水倉抽排至6#平硐水溝自然流出。

（2）水倉容水量為200 m3，配備4臺(tái)BQS110-200/2-132/N型污水泵，揚(yáng)程100 m，流量110 m3/h。從工作面流至臨時(shí)水倉途中設(shè)置3道沉淀系統(tǒng)以減少排水過程中清理淤泥難度。

（3）根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定?159 mm管道，最優(yōu)排水速度為2~3 m/s，依據(jù)排水能力需要敷設(shè)2趟排水管路。

5 工程效果及后續(xù)工程建議

5.1 工程效果

W01運(yùn)輸順槽工作面先后施工了3組探放水鉆孔，分別在K0+207 m，K0+251 m，K0+301 m處，共計(jì)完成12個(gè)鉆孔，K0+301 m處設(shè)計(jì)4個(gè)鉆孔，正在施工，目前來看，疏放特別困難，主要原因：①沙爾貢煤礦地質(zhì)資料不準(zhǔn)確，老空區(qū)位置很有可能不對(duì)；②打鉆人員經(jīng)驗(yàn)不足，多次因?yàn)槁裉坠荛L度不符合《煤礦防治水細(xì)則》要求，而不能正常鉆進(jìn)。正常鉆孔偏斜太大，不符合要求；③到設(shè)計(jì)位置的鉆孔未穿透采空區(qū)。所以到目前為止沒有放出采空區(qū)水。

5.2 后續(xù)工程建議

根據(jù)采空區(qū)和+1 430 m西大巷聯(lián)通，而西大巷常年涌水量平均在90 m3/h，可以確定采空區(qū)是有水的。

（1）在K0+301 m處施工一個(gè)大角度鉆孔，穿過A巷道和B巷道，穿過前方采空區(qū)底板，盡量加大傾角，縮短鉆進(jìn)距離，減小偏斜率，緩慢鉆進(jìn)，提高鉆孔質(zhì)量。為了后續(xù)鉆孔的布置，以打透采空區(qū)底板為準(zhǔn)，先施工1#孔，根據(jù)具體穿透采空區(qū)底板時(shí)鉆孔長度，調(diào)整下面的鉆孔布置，具體見圖5。

（2）牢記防治水“十六字方針”，高度重視安全，嚴(yán)格按照《煤礦防治水細(xì)則》要求工作。

6 結(jié) 語

（1）無法確定低洼點(diǎn)的大角度采空區(qū)，可以按照單斜構(gòu)造考慮，嚴(yán)格按照《煤礦防治水細(xì)則》要求設(shè)計(jì)鉆孔。

（2）巷道掘進(jìn)工程中，實(shí)時(shí)記錄繪制大巷底板剖面圖和工作面底板等高線平面圖，為后續(xù)工程提供詳細(xì)的地質(zhì)資料，保障安全，節(jié)約工期。

（3）在巷道寬度足夠保證后路暢通的情況下，探放水孔的鉆場應(yīng)當(dāng)利用迎頭，減少掘進(jìn)工程量。

（4）老空水疏放中容易堵孔，多透孔，認(rèn)真記錄水壓值和涌水量，作為后期判斷是否疏干的證據(jù)，盡量在水頭值低的地方布密孔，以防疏放盲區(qū)。

（5）有條件時(shí)可通過臨時(shí)水溝，將探放水鉆孔所疏放的老空水直接引至臨時(shí)水倉，安全文明施工，保障井工生產(chǎn)條件。

（收稿日期2020-12-03）

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