對工作面上組煤老窯水害分析及探放水技術應用

文/曲建光

龐龐塔煤礦是霍州煤電集團年產量達到300萬噸的大型現代化礦井。龐龐塔礦有5號、10號兩層穩定可采煤層。10號煤層開采過程中，主要水害類型有：奧灰水、太灰水、老窯水、上覆巖層裂隙水和地表水，其中上覆巖層裂隙水和地表水對礦井安全生產影響較小，對安全生產構成直接威脅的主要水害是上組5號煤層（原龐龐塔小煤窯的老窯積水）。

10-702綜采工作面布置前，通過對老窯水害分析，制定了科學合理的探放水方案，嚴格執行探放水措施，成功排除了老窯積水對10-702綜采工作面的威脅，確保了該工作面綜放開采的順利開展。

一、10-702工作面水害分析

1.工作面情況

10-702綜采工作面開采太原組中下部10號煤，地表位于雙葉則村北部，麻則溝東部，屬于高山丘陵區，以侵蝕黃土梁峁，其次為黃土溝谷地貌中的沖溝，地表標高為1200～1350m，蓋山厚度為322～409m。井下位于10號煤七采區三條上山右翼，東部為未開采的10-704工作面，西部為10-702泄水巷，南部以雙葉則村保安煤柱為界，北部為已回采的10-701工作面，頂部為由原龐龐塔小煤窯開采5號煤采空區。

2.水害分析

根據山西省煤炭地質148勘查院提交的水文報告，影響10-702工作面的水威脅主要是5號煤采空積水，分析如下：

（1）10-702工作面頂板距離5號煤采空區約50～60m，冒落帶最大導水裂隙高度為84.82m。（2）經過對5號煤采空區的調查，F1、F2點存有少量積水；F1點為5-112工作面積水區，該點為原運輸巷最低點，預計存有少量積水，在5-112工作面回采前已對F2點進行打鉆放水，并疏放出積水，由于沒有施工到最低點，仍然有少量的積水存在。（3）原龐龐塔小煤窯開采5號煤采空區范圍大，開采當時涌水較大，小煤窯廢棄時間長。

3.老窯積水量估算

結合原龐龐塔礦采掘圖分析，積水大多在原龐龐塔礦井，預計水位線位于+970m等高線下，積水面積282000m2，初步估算舊井積水量為：W=KSM=0.5×282000×2.5=352500m3。

式中，W：舊井積水的靜儲量（m3）

K：充水系數，取 0.5；

S：老空區積水水平投影面積，為282000m2；

M：采高，取 2.5m；

二、10-702工作面探放水技術應用

為了安全開采10號煤，龐龐塔礦決定在10-702工作面開展探放水工程，對10號煤頂板上舊礦5號煤采空積水進行疏放。

1.鉆孔設計

（1）鉆孔位置選擇

鉆孔施工所在的巷道為10-702副巷和10-702泄水巷。第一個點選在10-702副巷導32#點前5m處，編號為F1；第二個點選在10-702泄水巷導5#點前50m處，編號為F2；第三個點選在10-702泄水巷導12#點前約690m處，編號為F3。

（2）鉆孔參數

鉆孔孔數。考慮到鉆孔所鉆巖層、采空區積水情況、鉆孔成孔后放水時可能造成堵塞、綜合成本和施工難度等因素，決定在F1、F3每處施工三個鉆孔，編號為 F1-1、F1-2、F1-3；F3-1、F3-2、F3-3。 在 F2 施工一個鉆孔，編號為F2-1。

垂直角度。考慮到鉆探施工仰角的限制，初步設計所有鉆孔垂直角不超過+40°。

鉆孔深度。F1-1、F1-3孔深95米，其他為85米。

（3）鉆孔結構

依據《煤礦防治水工作條例》，探水鉆孔孔徑一般不得大于58mm，考慮到本工程主要目的為疏放水，孔徑可適當放大，終孔孔徑選用75mm，鉆孔開孔位置距巷道底板2.5～3.5m，終孔位置至5上煤采空區。

（4）鉆機和孔口管安裝

采用SGZ-3A型液壓坑道防爆鉆機2臺，18.5KW防爆電機 2臺，DW-350型注漿泵 1臺，Φ150mm、Φ113mm、Φ75mmPDC 金剛石鉆頭，Φ68mm 鉆鋌（16～32）m，Φ50mm 鉆桿 300m， 高壓閥門 （Φ108mm,2～4MPa）11個，1.6MPa壓力表 11個。

所有鉆孔孔口管長度6m，管徑為4寸的地質鋼管。把購置好的4寸地質鋼管加工成2m長的短節，兩端車絲扣連接。最外端一根焊4寸法蘭盤，安裝4寸閘閥并焊壓力表接頭，以便安裝壓力表。

成孔后，將孔口管插入孔內，外端安裝注漿用蓋板，用泥漿泵將配制好的漿液注入管內，待管外出漿后停止。漿液配制用P042.5水泥和專用外摻劑。漿液濃度、凝固時間、注漿壓力依現場情況而定。注漿量以孔內飽滿為標準。

孔口管注漿固結完后，待漿液齡期過后做耐壓試驗。用￠65鉆頭掃孔超過原孔深0.5m安裝上孔口蓋板，用高壓膠管連接注漿泵，用清水進行打壓，壓力不小于3MP（超過水壓2.5～3倍以上），檢查孔口周邊及巷道無泄漏后，方可鉆孔放水，否則，重新注漿、試壓，直至達到標準。

2.打鉆施工

鉆探的主要程序為：整理硐室—確定孔位—固定鉆機設備—確定驗證開孔方位角、傾角—鉆進施工—下入且封固表層套管—檢驗套管封固質量—鉆進、校驗鉆孔空間位置—鉆進至采空區—放水。

孔口裝置全部安裝好后，進行打鉆放水。開鉆前，將現場除鉆機、鉆具等必用的物品以外，其余全部清理出現場，待排水水泵全部能正常運行排水時，逐個打透放水孔。鉆孔時，操作人員密切注意孔內情況，防止孔內事故的發生，放水孔打完后，及時沖洗鉆孔，疏通煤渣，防止堵孔。

3.排水方案及路線

（1）鉆探期間排水方案

副巷鉆孔期間排水，在副巷低洼處設排水點，要求該排水點布設排水專線，水泵排水能力不低于每小時80立方米。

泄水巷巷鉆孔期間排水，在該巷低洼處設排水點，要求該排水點布設排水專線，安設兩臺水泵（一臺備用），水泵排水能力不低于80m3/h。

（2）放水期間正副巷排水路線

副巷：￠159排水管路—10-1022巷—10#回風上山—10#煤一聯巷—10#皮帶巷水溝—東區5#水倉—南總回風巷—副斜井￠325排水管路—地面。

泄水巷：￠159排水管路—10-102泄水巷—10#泵房通道水溝—10#煤水倉—南總回風巷—副斜井￠325排水管路—地面。

三、放水情況及結論

該工程于2010年3月14日進行施工，4月5日F1-1號孔揭露采空區并開始放水，測得管口出水量為25m3/h，孔口壓力為1.20MPa；隨著施工進行，其它各孔陸續竣工放水，至9月4日探放水工程基本完成。預計老空積水為35.25萬m3，實際放水量為48.67m3。

放水過程中，放水壓力變化明顯，鉆孔揭露老空5號煤水倉積水最低點初始壓力由1.20MPa降至0.48MPa。各個鉆孔孔口均有上部老空區流動風涌出。根據物探結果分析，上部積水區域面積明顯減少，10-702工作面上部老空積水基本疏放出來，能夠滿足工作面回采和放頂煤要求。

工程實踐表明，龐龐塔礦探放水方案科學合理，探放水工程非常成功，有力地保障了10-702綜放工作面的高效開采。