李旭東

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 錦瑞煤業(yè)有限公司,山西 離石 033099)

煤礦井下采區(qū)回采工作面采用跳采方式,采面開(kāi)采末期存在孤島工作面,采面兩側(cè)甚至三側(cè)均為采空區(qū)。孤島工作面回采期間受鄰近采空區(qū)瓦斯、水害、側(cè)向應(yīng)力等因素影響較為突出,制約煤炭安全回采[1-2]。在孤島工作面回采巷道掘進(jìn)及后續(xù)回采時(shí),需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況有針對(duì)性地制定防治水技術(shù)措施,消除鄰近采空區(qū)內(nèi)積水對(duì)生產(chǎn)的影響[3-5]。本文以山西某礦12216孤島工作面回采為工程背景,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的防治水技術(shù)方案進(jìn)行分析,以期為其他礦井類似的孤島工作面防治水工作提供借鑒。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

12216孤島工作面東、西兩側(cè)分別為回采完畢的12212、12214工作面采空區(qū),采面回采范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育。12216孤島工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)850 m,傾向?qū)?20 m,采用綜采工藝。采面范圍內(nèi)12號(hào)煤層賦存穩(wěn)定,厚度均值為4.5 m,煤層傾角2°～8°,頂、底板巖性以泥巖、灰?guī)r、粉砂巖為主。采面回采時(shí)主要涌水水源為頂板灰?guī)r含水層,該含水層富水性較差,補(bǔ)給不充分。12212、12214工作面回采時(shí)均為仰采,采空區(qū)充填矸石控制頂板變形,矸石充填率為85%.12216孤島工作面回采巷道掘進(jìn)順序?yàn)?運(yùn)料巷—切眼—運(yùn)輸巷。

1.2 鄰近采空區(qū)積水情況

12212、12214工作面分別于2020年、2021年回采完畢,采面回采結(jié)束及設(shè)備回撤完成后,均在采面回采巷道開(kāi)口處施工密閉墻對(duì)采空區(qū)進(jìn)行密閉,密閉墻位置均無(wú)滲水情況。12212工作面采空區(qū)底板最高處位于采面運(yùn)輸巷密閉墻位置(底板標(biāo)高為+770 m);12214工作面采空區(qū)底板最大標(biāo)高位于采面運(yùn)料巷密閉墻位置(底板標(biāo)高為+756 m);底板標(biāo)高最低位置位于運(yùn)料巷與切眼交匯位置(底板標(biāo)高+665 m)。根據(jù)采空區(qū)分布情況及積水標(biāo)高,預(yù)計(jì)12212采空區(qū)、12214采空區(qū)內(nèi)積水量分別為2 344.6 m3、4 852.7 m3.具體采空區(qū)內(nèi)積水情況如圖1所示,圖中陰影處為預(yù)計(jì)積水區(qū)范圍。

圖1 鄰近采空區(qū)內(nèi)積水

2 巷道掘進(jìn)探放水

2.1 探放水線確定

12212采空區(qū)積水最高標(biāo)高為+770 m,最低為+641 m,水壓為1.29 MPa;12214采空區(qū)積水最高標(biāo)高為+756 m,最低為+665 m,水壓為0.91 MPa.結(jié)合采空區(qū)內(nèi)積水賦存情況以及現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采條件,確定隔水煤柱寬度,具體計(jì)算公式為[6-7]:

(1)

式中:L為隔水煤柱寬度,m;K為安全系數(shù),取2～5,本次計(jì)算取2.5;M為巷高,取3.5 m;p為水壓,12212采空區(qū)取1.29 MPa,12214采空區(qū)取0.91 MPa;Kp為12號(hào)抗拉強(qiáng)度,取0.21 MPa.

將上述參數(shù)帶入公式(1)即可求得12212采空區(qū)隔水煤柱寬度為18.8 m,12214采空區(qū)隔水煤柱寬度為15.8 m.為確保巷道掘進(jìn)安全,結(jié)合礦井防治水相關(guān)要求,將隔水煤柱寬度確定為30 m,即采空區(qū)積水線外推30 m作為探放水線。具體圈定位置如圖1所示。

2.2 12212采空區(qū)疏排水

1) 12212采空區(qū)疏排水方案。在臨近12212采空區(qū)的12216運(yùn)料巷掘進(jìn)時(shí),當(dāng)巷道掘進(jìn)高度低于12212采空區(qū)積水標(biāo)高(+770 m)1 m后,即停止掘進(jìn),并在巷道掘進(jìn)迎頭施工探放水鉆孔。探放水鉆孔施工完成后,記錄鉆孔出水量直至鉆孔不出水,隨后反復(fù)掃孔至鉆孔不再出水或者孔內(nèi)水壓降至0.以疏排水后12212采空區(qū)新的積水高度為計(jì)算依據(jù),并結(jié)合巷道底板坡度變化情況,確定探放水后巷道允許掘進(jìn)距離。允許掘進(jìn)距離可依據(jù)公式(2)計(jì)算[8]:

L=h/sinα

(2)

式中:L為疏排水后允許掘進(jìn)距離,m;h為單次疏排水后采空區(qū)積水高度降低量,取0.5 m;α為巷道底板坡度,取9°～14°.將上述參數(shù)帶入到公式(2)中即可求得L=2～3 m.

在巷道掘進(jìn)時(shí)重復(fù)施工探放水鉆孔,直至鄰近的12212采空區(qū)內(nèi)積水高度降至最低積水高度(標(biāo)高+641 m)。此時(shí)在12212采空區(qū)內(nèi)留設(shè)觀測(cè)孔,實(shí)時(shí)掌握采空區(qū)內(nèi)積水變化情況,并對(duì)積水進(jìn)一步疏排。

2) 12212采空區(qū)疏排水效果。在12216運(yùn)料巷掘進(jìn)至12212采空區(qū)探放水線內(nèi)后,每掘進(jìn)2～3 m施工1組探放水鉆孔,每組包含2個(gè)鉆孔,鉆孔間隔均為0.5 m,終孔均應(yīng)深入到采空區(qū)。在12216運(yùn)料巷掘進(jìn)期間共計(jì)施工169 m疏排水鉆孔,鉆孔疏排完成后均使用黃泥堵孔,以減少瓦斯涌出量及巷道漏風(fēng)量。在疏排水期間,對(duì)鉆孔出水情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),共計(jì)疏排水量達(dá)到5 983 m3,鉆孔實(shí)際疏排水量較預(yù)計(jì)采空區(qū)含水量大。通過(guò)疏排后,12216運(yùn)料巷掘進(jìn)期間圍巖無(wú)滲水情況出現(xiàn),有效解決了鄰近12212采空區(qū)積水對(duì)巷道掘進(jìn)及采面后續(xù)回采的影響。

2.3 12214采空區(qū)疏排水

1) 12214采空區(qū)疏排水方案。 在12216切眼掘進(jìn)至12214采空區(qū)探水線位置后,施工探放水鉆孔對(duì)12214采空區(qū)內(nèi)積水進(jìn)行疏排,具體布置如圖2所示。

圖2 12214采空區(qū)積水疏排

12214采空區(qū)內(nèi)積水靠近12214切眼附近,為此,提出通過(guò)集中疏排方式對(duì)12214采空區(qū)內(nèi)積水進(jìn)行疏排,確保12216切眼及運(yùn)輸巷掘進(jìn)安全。在12214切眼掘進(jìn)至12214采空區(qū)探水線后停止掘進(jìn),在迎頭下臥1 m確保下臥后底板標(biāo)高降至+665 m,在底板上方0.5 m,1 m位置布置鉆孔,對(duì)12214采空區(qū)內(nèi)積水進(jìn)行集中疏排。在12216切眼內(nèi)共計(jì)布置5個(gè)鉆孔,鉆孔深度為50 m,并確保鉆孔終孔位于12214采空區(qū)靠近底板位置。具體鉆孔開(kāi)孔布置情況見(jiàn)圖2(b)。鉆孔施工時(shí)先施工上排鉆孔,后施工下排鉆孔。具體施工順序?yàn)?1-1—1-3—1-2;2-1—2-3—2-2.通過(guò)間隔施工可降低鉆孔施工擾動(dòng),降低鉆孔塌孔發(fā)生率。第一組鉆孔、第二組鉆孔與底板間距分別為0.8 m,1.5 m,鉆孔仰角為2°～5°,其中1-1,2-1鉆孔向采面?zhèn)扔?°～10°偏角,1-2,2-2鉆孔向采面?zhèn)扔?°～5°偏角,1-3鉆孔向采面?zhèn)扔?°～1°偏角,以實(shí)現(xiàn)12216孤島工作面附近12214采空區(qū)內(nèi)積水疏排。

2) 12214采空區(qū)疏排水效果。先施工的1-1,1-3鉆孔進(jìn)入到12214采空區(qū)后鉆孔出水量穩(wěn)定在40 m3/h,為進(jìn)一步增大鉆孔疏排水量,后續(xù)開(kāi)始施工1-2及下部的2-1,2-2鉆孔。鉆孔施工完成后,排水量達(dá)到150 m3/h,對(duì)疏排水鉆孔排水量進(jìn)行監(jiān)測(cè),鉆孔疏排期間共計(jì)排放7 950 m3積水,疏排水量較預(yù)計(jì)的12214采空區(qū)含水量大。主要是由于12214切眼疏排水鉆孔布置位置為12214采空區(qū)積水區(qū)最低處,布置的鉆孔可實(shí)現(xiàn)采空區(qū)積水全部疏排;12214采空區(qū)可能與鄰近的12210采空區(qū)間存在水力聯(lián)系通道,從而導(dǎo)致部分積水涌入到12214采空區(qū)內(nèi)。

在12216切眼布置鉆孔對(duì)12214采空區(qū)積水進(jìn)行集中疏排后,12216切眼及運(yùn)輸巷在12214采空區(qū)探放水線內(nèi)掘進(jìn)時(shí)圍巖未出現(xiàn)淋水甚至滲水情況,同時(shí)后續(xù)布置的探放水鉆孔大部分未出水,少部分鉆孔出水量均在0.5 m3/h以內(nèi)。表明實(shí)現(xiàn)了12214采空區(qū)集中疏排。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)12216孤島工作面回采區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和鄰近采空區(qū)積水情況,結(jié)合理論分析及礦井防治水相關(guān)規(guī)定,確定采面回采巷道掘進(jìn)時(shí)的探放水線。在靠近12212采空區(qū)的12216運(yùn)料巷掘進(jìn)至探放水線時(shí),每掘進(jìn)2～3 m布置1組探放水鉆孔,對(duì)12212采空區(qū)積水進(jìn)行疏排。在12216切眼掘進(jìn)時(shí),由于12214采空區(qū)內(nèi)積水最低處靠近12216切眼位置,提出通過(guò)集中疏排方式疏排12214采空區(qū)積水,確保積水高度位于12216切眼及運(yùn)輸巷標(biāo)高以下位置。

對(duì)12212及12214采空區(qū)內(nèi)積水進(jìn)行疏排后,12216孤島工作面回采巷道、切眼掘進(jìn)時(shí)圍巖未出現(xiàn)淋水、滲水等問(wèn)題,采面后續(xù)回采期間也未受到鄰近采空區(qū)內(nèi)積水影響,表明現(xiàn)場(chǎng)使用的防治水技術(shù)措施取得了較好效果。