楊紅剛

（霍州煤電集團(tuán)晉南煤業(yè)有限公司，山西 運(yùn)城 043300）

我國煤炭資源所處的地質(zhì)條件相對復(fù)雜，一些礦井在開采的過程中可能會遇到大量的水涌出，影響了工作人員的安全，同時給煤礦帶來了一定的利益損失[1-3]。對回采巷道掘進(jìn)過程中可能的涌水水源進(jìn)行分析，并依據(jù)水源條件采取相應(yīng)的防治水技術(shù)方案實施，對礦井的安全生產(chǎn)具有非常重要的理論指導(dǎo)作用和經(jīng)濟(jì)意義[4-7]。本文以騰暉礦三采區(qū)準(zhǔn)備巷道地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對礦井充水的主控因素進(jìn)行分析，從而有針對性地設(shè)計出回采巷道掘進(jìn)探放水技術(shù)措施并疏放干凈積水，避免出現(xiàn)涌水事故，對礦井的安全生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益都起到顯著的作用。

1 三采區(qū)概況

騰暉煤業(yè)為資源整合重組礦井，主要水害為采空區(qū)積水。因早期小窯較多，開采歷史久遠(yuǎn)，開采無序，存在越界開采現(xiàn)象。三采區(qū)位于騰暉井田東部，主要開采2 號煤層，該采區(qū)走向長約3 km，傾向長約1.8 km，采區(qū)面積約為3.616 km2，整體為一不規(guī)則的多邊形，開采水平+330 m，煤層標(biāo)高+325～ +620 m，地面標(biāo)高+623～ +842 m，埋藏深度150～470 m。根據(jù)井下探放水、井下疏放水點情況結(jié)合井下巷道實測圖紙，分析三采區(qū)內(nèi)存在4 處采空積水區(qū)，積水區(qū)總面積0.256 35 km2，具體積水量不詳，對回采工作面的掘進(jìn)工作產(chǎn)生了一定的阻礙作用。

2 水文地質(zhì)條件與礦井充水主控因素分析

礦井主要的充水水源有煤層頂板含水層充水、底板奧灰?guī)r溶水和同層老空積水。煤層頂板含水層充水一般不具有突發(fā)性，單位涌水量小。本區(qū)地勢坡度大，無長存地表水體，沖積層不發(fā)育，正常情況下淺表層水的充水強(qiáng)度有限，但是由于采動影響形成的塌陷與裂隙成為礦井的主要水害隱患之一。騰暉煤業(yè)及礦井周邊老窯水及奧灰?guī)r溶水仍然是防治水的重點，也是礦井充水的重要因素。所以，礦井充水的主控因素是奧灰水與采空老窯水。

2.1 礦井及周邊采空區(qū)積水、老空水

該礦采空區(qū)積水位置、積水量清楚，掘進(jìn)及回采前按照相關(guān)規(guī)程、規(guī)定對采空區(qū)積水進(jìn)行有效疏放，注意隱伏構(gòu)造、斷層導(dǎo)水，加強(qiáng)探放水工作，即可保障安全，消除隱患。三采區(qū)的原海圣煤礦小窯破壞區(qū)積水探查，工作面掘進(jìn)期間受5 座小煤窯及4 處積水區(qū)威脅。三采區(qū)巷道掘進(jìn)期間，除了執(zhí)行老空水防治“四步工作法”，需要加強(qiáng)小煤窯破壞區(qū)域“長探+短探（班班自探）+長探孔痕跡管理”綜合探測，確保掘進(jìn)期間的安全，需要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上的投入較大，需投入的防治水工程周期長，工作量大。

2.2 頂板太原組石灰?guī)r含水層

主要有K2、K3 和K4 三層灰?guī)r，下組煤層采動垮落導(dǎo)水裂隙帶以及原生斷裂，是頂板主要的充水通道。不過由于補(bǔ)給條件相對較差，充水強(qiáng)度比較弱，通常對礦井不構(gòu)成水害。一些斷裂構(gòu)造發(fā)育的區(qū)段可能成為導(dǎo)水或儲水構(gòu)造，揭露時可能發(fā)生初始流量較大的突水。

2.3 奧陶系石灰?guī)r含水層

采掘工程大部位于奧灰?guī)簠^(qū)域，突水系數(shù)在0～0.029 MPa/m 之間，雖然帶壓突水系數(shù)小于0.06 MPa/m，由于三采區(qū)內(nèi)存在F1、F2、F4 斷層，可能會對煤層底板的完整性造成破壞，這種情況很有可能導(dǎo)致地下水通過斷層、鉆孔等導(dǎo)水通道涌入礦井，造成巨大的礦井安全生產(chǎn)隱患。

上述所有工作面水量均以靜儲量為主，開采中剛剛揭露時淋水較大，隨著工作面延伸與時間推移，淋水逐漸減少。所以，對于騰暉煤業(yè)煤層開采而言，只要按規(guī)定做好防排水系統(tǒng)建設(shè)，特別是要增大工作面防排水系統(tǒng)能力，能夠有效抵御含水層水帶來的影響。

3 巷道掘進(jìn)防治水方案研究

3.1 探放老空積水技術(shù)方案

在工作面開始掘進(jìn)前需對巷道設(shè)計200 m 范圍內(nèi)的小窯破壞區(qū)、積水區(qū)進(jìn)行全面調(diào)查，針對老空區(qū)積水，采用長探、短探相結(jié)合的方式進(jìn)行探測并安全疏放老空區(qū)積水。

3.1.1 鉆孔設(shè)計方案

（1）在警戒線圈定以外區(qū)域，按照掘進(jìn)鉆探“有掘必探”的工作要求，結(jié)合地面、井下物探成果，實行基本鉆探方式。按巷道的設(shè)計方向，設(shè)計鉆孔成扇形布置，按照鉆探有效深度100 m，超前安全距離控制30 m，幫距控制30 m，允許掘進(jìn)距離70 m的要求，布置5 個鉆孔進(jìn)行方案設(shè)計，如圖1。

圖1 探水鉆孔的布置方式、數(shù)量和夾角大小（Ⅰ）（m）

（2）針對警戒線以內(nèi)、探水線以外的過渡區(qū)域，首先需要設(shè)計鉆孔成扇形布置，按照鉆孔有效深度60 m，超前安全距離需要控制在30 m，幫距則控制在30 m，允許掘進(jìn)距離30 m 的要求，布置9 個鉆孔，煤層賦存方向需要布置5 個孔，垂直方向的前進(jìn)方向正中則需要布置3 個孔，左右兩側(cè)各布置2 個孔。若長探鉆孔在鉆探60 m 以內(nèi)出現(xiàn)卡鉆、不返水或者見空等情況，需探查清楚采空破壞區(qū)范圍、積水積氣情況，在探查清楚并確保無水害威脅后，按照貫通管理揭露采空破壞區(qū)，如圖2。

圖2 探水鉆孔的布置方式、數(shù)量和夾角大?。á颍╩）

（3）在探水線以內(nèi)區(qū)域，按照《煤礦防治水細(xì)則》規(guī)定：若老空位置比較明確，工作人員應(yīng)有針對性地進(jìn)行專項探放水設(shè)計方案，獲得批準(zhǔn)后實施；如果老空位置并不清晰，探水鉆孔成組布設(shè)，以扇形呈現(xiàn)在巷道前方的水平面和豎直面內(nèi)。鉆孔終孔位置也有要求，必須在滿足水平面間距的同時小于或等于3 m，如果是厚煤層內(nèi)，各孔終孔的豎直面間距也有要求，不能大于1.5 m。

（4）掘進(jìn)工作面短探管理，“短探”是指為了彌補(bǔ)“長探”盲區(qū)而采取的補(bǔ)充鉆探措施，一般鉆探深度較小，施工時間短，探測效果明顯。受小煤窯威脅的區(qū)域必須嚴(yán)格執(zhí)行“長探+短探，短探納入掘進(jìn)作業(yè)工序，班班落實自探”的規(guī)定，具體按照礦總工程師批準(zhǔn)的短探設(shè)計組織實施。

（5）對鉆孔進(jìn)行痕跡管理，每班對鉆孔位置進(jìn)行交接班，并建立臺賬，發(fā)現(xiàn)鉆孔入幫或丟失及時匯報，鉆探盲區(qū)超出可控范圍及時停掘采取補(bǔ)探措施。

3.1.2 疏放采空區(qū)積水

探放水鉆孔在探測到采空破壞區(qū)或者采空積水區(qū)后，需探查清楚破壞區(qū)邊界位置及破壞區(qū)內(nèi)積水情況，并對積水進(jìn)行專項疏放。疏放老空水時，為提高鉆探成果精準(zhǔn)度，鉆探過程中推廣應(yīng)用YZG7礦用鉆孔軌跡儀和鉆孔窺視技術(shù)，精準(zhǔn)把控鉆孔的軌跡圖形以及深度、傾角、方位角數(shù)據(jù)實現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測鉆孔的見煤、見空、見水位置及標(biāo)高。疏放過程中，詳細(xì)記錄放水量、水壓動態(tài)變化及有毒有害氣體涌出情況（疏放水期間水量未穩(wěn)定前每天觀測一次，水量穩(wěn)定后一旬觀測一次）。

放水結(jié)束后，采用鉆探方法對放水效果進(jìn)行驗證，以保證積水疏放干凈。在采空破壞區(qū)內(nèi)積水疏干放凈后，以最短見空鉆探距離為允許掘進(jìn)距離，超前距按下式計算：

式中：a為超前距（或幫距），m；A為安全系數(shù)，一般取2～5；L為巷道的跨度（寬或高取其大者），m；P為水頭壓力，MPa；kp為煤的抗張強(qiáng)度，可由試驗測定，一般采用0.2～1.4 MPa，在無實測資料時可供參考。所有探放水鉆孔在設(shè)計中必須安設(shè)止水套管，止水套管長度按照預(yù)計采空積水水壓、煤巖層厚度、煤巖層抗張強(qiáng)度進(jìn)行確定，但不得小于6 m。

3.2 效果分析

騰暉礦三采區(qū)回采巷道掘進(jìn)過程中面臨的主要威脅即為小煤窯開采破壞區(qū)及內(nèi)部積水，物探方式僅能大致確定小煤窯開采破壞區(qū)范圍。為此，在騰暉礦三采區(qū)回采巷道掘進(jìn)采用“長探+短探（班班自探）+長探孔痕跡管理”綜合超前探水技術(shù)，通過長探掌握掘進(jìn)巷道前方地質(zhì)資料，短探可實現(xiàn)長探盲區(qū)探測，避免出現(xiàn)誤揭小煤窯采空區(qū)問題，同時實現(xiàn)采空區(qū)積水超前疏排；痕跡管理可有效避免假鉆孔或者鉆進(jìn)不到位等問題，提高鉆孔施工可靠性。采用長探+短探對老空積水進(jìn)行專項干凈疏放，布置的放鉆孔共計排放老空積水超過30 萬m3，通過超前探測使得三采區(qū)回采巷道掘進(jìn)工作面能夠安全高效掘進(jìn)，同時避免了涌水事故的發(fā)生，表明該探放水技術(shù)方案起到了很好的效果。

4 結(jié)論

本文以騰暉礦三采區(qū)準(zhǔn)備巷道地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，為解決掘進(jìn)工作中出現(xiàn)的涌水問題，對礦井涌水的主控因素進(jìn)行分析，確定了影響掘進(jìn)的主要因素為奧灰水與采空老窯水。針對開拓范圍內(nèi)積水情況，設(shè)計出騰暉礦三采區(qū)準(zhǔn)備巷道掘進(jìn)過程中探放水技術(shù)措施并在現(xiàn)場進(jìn)行了有效實施，驗證了“長探+短探（班班自探）+長探孔痕跡管理”綜合超前探水技術(shù)方案具有很好的應(yīng)用效果，對煤礦的安全生產(chǎn)具有重要的借鑒意義。