王 巖

（晉能控股煤業(yè)集團云岡礦，山西 大同 037000）

通過對老空水的探放，消除老空水害對采掘工作面的威脅，合理簡單的探放水方法對煤礦提高經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 礦井及盤區(qū)水文地質(zhì)條件

云岡井田內(nèi)主要含水層有4 個，分別為寒武系石灰?guī)r含水層、侏羅系中統(tǒng)云岡組砂巖裂隙含水層、侏羅系中統(tǒng)大同組砂巖裂隙含水層、第四系沖積——洪積層含水層[1]。

寒武系石灰?guī)r含水層：根據(jù)《云岡礦水文地質(zhì)類型劃分報告》解釋，寒武灰?guī)r巖溶裂隙不發(fā)育，含水性微弱，寒武系巖溶水水位標高800～810 m，與12#煤層間距約120 m，無直接導水通道，12#煤層不受寒武系巖溶裂隙水影響，不存在帶壓開采。侏羅系中統(tǒng)大同組、云岡組砂巖裂隙含水層：根據(jù)《云岡礦水文地質(zhì)類型劃分報告》解釋，侏羅系中統(tǒng)大同組、云岡組砂巖裂隙含水層富水性弱，且經(jīng)過數(shù)十年的煤礦開采，含水層地下水被疏排嚴重，不會對12#煤層開采造成影響。

12#煤層距上覆8#煤層間距平均為43.24 m，距上覆7#煤層間距平均為73.83 m，距上覆3#煤層間距平均為117.43 m。根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件分析，礦井406盤區(qū)上覆各層采空區(qū)間存在水力聯(lián)系，由上覆煤層底板等高線分析，該區(qū)域整體北高南低，上覆各層采空區(qū)積水通過塌落、裂隙帶等可導入12#層406盤區(qū)采空區(qū)內(nèi)。

2 采空區(qū)積水分析

2.1 8611工作面及南部8613工作面分析

12#煤層406 盤區(qū)8611 工作面傾向長707 m、走向長140 m，采用綜合機械化傾向長壁全部垮落采煤法，工作面南北布置，北高南低，平均煤厚為4.75 m，標高范圍為980～945 m，落差35 m，工作面為2007年回采。

12#煤層406 盤區(qū)8613 工作面走向長1 138 m、傾向長149.5 m，采用綜合機械化傾向長壁全部垮落采煤法，工作面東西布置，北高南低，平均煤厚為6.52 m，標高范圍為945～925 m，落差20 m，工作面為2009 年回采。8613 工作面上部未被開采破壞，經(jīng)物探、鉆探未發(fā)現(xiàn)工作面存在積水情況，因8613工作面整體東低西高，故8611采空區(qū)積水排放至8613采空區(qū)后，具有一定的儲水空間。

2.2 8611工作面采空區(qū)積水情況

1）積水范圍的確定

8611 工作面上覆8#層西部為406 軌、406 皮、506回3 條盤區(qū)巷道，北部為406-1 軌、406-1 皮、506-1 回3 條盤區(qū)巷道，層間距約43 m；上覆7#層西部為礦井408 盤區(qū)巷道，東部為8803 采空區(qū)，層間距約74 m；上覆3#層為8801（1994 年采完）、8803（1995 年采完）、8805（1995 年采完）、8807（1996 年采完），各工作面均采用走向長臂采煤法進行回采，層間距約117 m；該工作面東北部存在靈丘通盛煤礦（2007年關(guān)閉），通盛煤礦批采煤層為2#、3#、7#層煤。通過礦井的實測數(shù)據(jù)，12#煤層裂隙帶發(fā)育高度為86.2 m，根據(jù)煤層底板等高線和回采情況，通過地面瞬變電磁法、井下瞬變電磁法預測，預計8611采空區(qū)內(nèi)存在積水。8611工作面經(jīng)探水鉆孔測得水壓為0.3 MPa，估算其積水標高為980 m，最大積水面積10.3 萬m2。探放水鉆孔布置平面圖見圖1。

2）積水量的確定

老空區(qū)積水計算：

式中：Q積為積水區(qū)總積水量，m3；∑Q采為采空區(qū)積水量之和，m3；∑Q掘為采空區(qū)各巷道積水量之和，m3；K為充水系數(shù)，取0.26；S為采空區(qū)面積，m2；H為采高，m；a為煤層傾角，°；S斷為積水巷道斷面，m2；L為巷道長度，m。

采空區(qū)回采高度4.75 m，充填系數(shù)取0.26，經(jīng)計算，最大積水量為12.7萬m3。

3 探放水鉆孔布置

1）8637工作面切眼掘進至距2611巷30 m處停止掘進，在距2611 巷34 m 處巷道南幫施工一個規(guī)格為4 m×4 m的鉆場，由探放水隊施工兩組鉆孔進行探放水工作，鉆孔參數(shù)如下：

第一組：探8611鉆孔，方位96°，傾角0°，預計34 m溝通8611老空區(qū)；探8613鉆孔，方位137°，傾角-3°，預計70 m溝通8613老空區(qū)。

第二組：探8611 鉆孔，方位96°，傾角-7°，預計34 m溝通8611老空區(qū)；探8613鉆孔，方位137°，傾角-3°，預計70 m溝通8613老空區(qū)。

排水系統(tǒng)：通過向同層8611采空區(qū)施工兩個放水孔，向同層8615采空區(qū)施工兩個排水孔，兩兩對接，將8611 采空區(qū)積水通過自流排放至同層相對較低的8615 采空區(qū)內(nèi)（地質(zhì)科負責日常水量觀測、匯總及分析工作）。

2）探放水鉆孔施工及單孔結(jié)構(gòu)

開孔以57 mm 孔徑鉆進，在鉆進到終孔前10.0 m時，換用108 mm 鉆頭進行擴孔，擴孔長度5.0 m，用于安設止水套管。由專門配備的TUX-75 型鉆機（鉆桿直徑75 mm）進行施工[2]。

3）鉆進要求

鉆孔開口處5 m必須用108 mm鉆頭進行擴孔，以安裝孔口安全套管，并安設閘門，安設牢固后，要進行安全套管的耐壓試驗，合格后方可鉆進，并經(jīng)常檢查。

4）單孔放水量Q計算

式中：C為流量系數(shù)，取0.6；S為鉆孔斷面積，m2；g為重力加速度，9.8 m/s；h為鉆孔出口處的水頭高度，m。

放水孔采用直徑75 mm 鉆孔施工，水頭高度0.25 m，經(jīng)計算，單孔放水量為23.9 m3/h。

5）排水時間

預計最大積水量為12.7 萬m3，兩組孔排水，單孔放水量為23.9 m3/h，計算排水時間為110 d。

4 安全技術(shù)措施

為保證作業(yè)地點施工安全，在探水前和鉆孔施工期間，隊組要加強沿途頂板的支護；在開始探巷之前，必須確保巷道內(nèi)已配備至少一趟4 寸管路及兩臺45 kW水泵；探鉆地點附近必須安裝電話，以便及時匯報探鉆過程中發(fā)生的意外情況和一旦工作面發(fā)現(xiàn)透水征兆時，能及時與地面調(diào)度室聯(lián)系、匯報情況，并向受水害威脅區(qū)域發(fā)出警報[3]；探放水隊必須嚴格按照探鉆參數(shù)要求進行施工，不得擅自更改，如遇井下情況特殊確需改變設計時，必須經(jīng)地質(zhì)部門同意后，重新調(diào)整鉆孔參數(shù)，補充鉆孔探測設計方案；探放水隊在探測過程中，如果發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來壓或鉆眼中水壓、水量突然增大及頂鉆等異常現(xiàn)象時，必須立即停止鉆進，但不得撥出鉆桿，撤出所有受水威脅地區(qū)的人員，同時向礦領導及調(diào)度室匯報；探放水隊必須在班前會強化員工的防治水意識，真正做到防患于未然；探放水隊在鉆場位置巷道頂板懸掛探放水牌板，并標明探孔施工日期、人員、參數(shù)、放水量；探放水孔在探通后，必須上止水套管，安裝壓力表、流量計；地質(zhì)科派專人負責指導探孔的施工，使探孔參數(shù)嚴格符合設計要求；安監(jiān)站派專人監(jiān)督，如果發(fā)現(xiàn)探鉆參數(shù)不合格，立即要求停止施工探孔[4]；探測完畢，由探放水隊、地質(zhì)科、安監(jiān)站、掘進隊組相關(guān)負責人組織驗收，驗收合格后在四聯(lián)驗收單簽字。

5 水患治理及排水情況

1）上覆層探放水工作

12#煤層406盤區(qū)8637工作面向上覆3#煤層共施工井下放水驗證孔1 個，鉆孔鉆進137 m 溝通3#煤層，通孔無水。綜上所述，上覆層探放水工作已完成，無水患。

2）同層8611采空區(qū)積水探放水工作

為疏放8637工作面同層8611采空區(qū)積水，礦井制定了專項探放水方案，在8637 切巷建立一放水硐室，向8611采空區(qū)施工兩個放水孔，向同層8615采空區(qū)施工兩個排水孔，兩兩對接，將8611 采空區(qū)積水通過自流排放至同層相對較低的8615采空區(qū)內(nèi)，地質(zhì)防治水科負責日常水量觀測、匯總及分析工作。

礦井開始排水日期為2019 年10 月21 日，截止2020年1月13日，8637切巷放水硐室兩組探放水孔均已無出水，累計排放水量8.1 萬m3?？偱潘啃∮陬A計最大積水量，主要原因為采空區(qū)形成時間長，采空區(qū)壓實程度較好，形成的儲水空間相對較小以及出水口水位與老空水水位有一定高差，老空水未全部排出。8611 采空區(qū)積水排放工作已完成，水患已基本消除。排水時間為84 d。涌水量和排水時間均小于預期。

綜上所述，12#煤層406盤區(qū)8637工作面經(jīng)探放水工作，上覆層已無水患威脅，同層8611 采空區(qū)水患已基本消除。8637 工作面在防治水方面已具備安全生產(chǎn)條件，符合準入驗收標準。

6 8637工作面開采情況

12#煤層406 盤區(qū)工作面8637 工作面為煤柱工作面，回收406盤區(qū)大巷煤柱，工作面南北方向布置。該工作面走向長701.8 m，切巷長度94.8 m；巷道規(guī)格為4.5 m×2.8 m。12#煤層直接頂為中粗砂巖互層；直接底為粗中細粒砂巖；12#煤層平均厚度4.75 m。采煤方法為綜采一次采全高采煤法，工作面可采儲量為43.5萬t。通過8611 工作面的探放水工作，解除了8637 工作面水害威脅，8637 工作面于2020 年8 月底回采完畢。

7 效果分析

1）通過將8611 采空區(qū)積水通過自流排放至相對較低的8615采空區(qū)，解決了8637工作面上覆采空積水和同層采空積水的水害威脅。

2）通過探放水工作，保證了8637 工作面43.5 萬t煤炭資源安全回收，延長了礦井服務年限，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟效益。

3）正常的探放水作業(yè)是將老空水經(jīng)探水孔排至巷道小水倉，經(jīng)過礦井主要排水系統(tǒng)排至地面礦井水處理站，處理后利用或外排。此次排水作業(yè)減少了排水工序同時降低了排水及水處理成本。

8 適用條件和推廣應用范圍

該探放水方法適應于同層臨近采空區(qū)積水的疏放，主要利用采空區(qū)間的標高差，將采空區(qū)積水疏放至標高較低的采空區(qū)內(nèi)，即減少了積水疏放的物料成本和人工成本，又減少了污水處理壓力，環(huán)保節(jié)能，降本增效。對于許多兼并重組礦井的老窯積水處理提供一種解決方法。