煤礦采空區積水探放技術研究與應用

吳磊 趙則龍

摘要：16煤開采的頂板為12煤開采工作面的采空區，采空區積水對16煤工作面掘進和回采存在嚴重的水患威脅。通過對采空區積水規律的研究，提出在積水采空區下探放水設計方案。該設計方案能安全疏放12煤的采空區積水，確保了16煤工作面安全回采，對同類型條件下的煤層開采具有較強的指導意義。

關鍵詞：采空區 ?探放水 ?鉆探設計 ?應用

1 積水區的形成

積水區由開采12下煤1211等工作面所形成，形成時間為：1996年至2005年。如圖1所示，根據泉上煤礦采掘工程圖運用AutoCAD軟件進行統計得出積水區域面積為S=214753.4167m2。根據巖移觀測數據得知地表最大下沉量為W=0.5m;老空區工作面采高M=0.8m，煤層傾角α=4.8°。

充水系數為：K=1-W/M=1-0.5÷0.8=0.375

積水量：Q=KSM/cosα

=0.375×214753.4167×0.8÷cos4.8°

=64652.77138m3

圖1 ?積水區示意圖

2 鉆孔設計

礦井12下煤與16煤層間距為50m-60m，16煤運輸順槽掘進的前上方為12下煤老空積水區，選擇在16煤16111中運巷道掘進了放水硐室，開展放水工作。

2.1 設鉆探備 鉆機使用MK-4型，BW-200型注漿泵，BW-200型試壓泵。

2.2 放水鉆孔位置與參數 在16111中運巷道中共布置三個鉆場，沿16111中運巷道距運輸大巷位置253.65m處布置第一鉆場;沿16111中運巷道在距離第一鉆場97.56m處布置第二鉆場;沿16111中運巷道在距離第二鉆場118.8m處布置第三鉆場。第一鉆場與第二鉆場布置二個鉆孔，第三鉆場布置一個鉆孔。16111中運巷道探放水設計如圖2，放水孔參數見表1。

圖2 ?16111中運巷道鉆場布置示意圖

表1 ?放水孔參數

2.3 探水鉆孔布置方式 探放水設計鉆孔應成組布置，盡可能地一次性打透積水區的最洼點，由于工程限制不能一次打透時，必須從淺部探起，邊探放邊掘進，保持足夠的超前距，直至威脅解除。沿16111中運巷道共布置三個鉆場，第一鉆場與第二鉆場設計不同方位兩個孔，第三鉆場設計一個孔，鉆孔的開孔層位應選擇在完整巖石中，以防漏掉老空水，如圖3所示。

圖3 ?16111中運巷道探放水鉆孔布置圖

鉆孔孔徑為75mm，但鉆孔到達積水區后，可根據水量、水壓、排水能力等情況適當進行擴孔。

2.4 鉆孔施工工藝設計 ①開孔用φ133mm圓徑鉆頭擴孔鉆進至6m，下φ108mm孔口管6m。②清水沖孔后用425#水泥調漿，用注漿泵井口封閉注漿至井口管外返漿，封閉孔口管。③待水泥凝固后（48小時）用φ89mm鉆頭掃孔6m。④做孔口管水泥封閉固管耐壓試驗，壓力不小于2MPa，試壓時間不小于30min，耐壓試驗合格后方可施工。⑤孔口安裝高壓水閥。⑥用φ75mm鉆頭鉆至12下煤的采空區，測水壓值與涌水量。⑦加高壓閥后，用φ75mm鉆頭擴孔，正常放水并加水流計測量放水量。

2.5 探放水工程質量要求 必須保證鉆孔的質量和準確性。開孔的位置、方位必須由測量掛線給定，傾角用羅盤給定，開孔后進行核實，切實把好開孔關。還要做好孔口管耐壓試驗。在鉆孔過程中，可采用導向鉆進，以保證鉆孔的精度。在穿透積水區前要安裝好控水裝置，以便出水后能控制放水量。在實際工作中，當單孔最大水量達到1.67m3/min時，必須控制放水量，防止因排水而沖垮巷道。

2.6 封孔 鉆孔放水完畢后及時用水泥漿封孔。使用普通硅酸鹽水泥425#水泥，水泥漿配比為1：5.5，強度等級為M10。

3 安全技術要求

①打鉆地點必須安設專用電話和充分的照明，清理加固巷道，挖好清水池，安裝進水管路。②一定要做好16111中運巷道的排水工作，鋪設好排水管路。密切關注鉆探過程中的涌水量。③每個鉆孔放水量控制在60m3/h左右，一般保證2個孔同時工作。放水期間設專人看守放水孔，監視放水全過程，記錄并核對放水量。④建立探水情況記錄制度，記錄內容見表2。記錄表一式三份，一份報地質技術員，以便進行水文地質情況分析;一份存檔;一份交接給下一班。

表2 ?探水情況記錄表

4 探放水施工效果

本次鉆探鉆工程在16111中運巷道中共布置三個鉆場，第一鉆場與第二鉆場布置二個鉆孔，第三鉆場布置一個鉆孔，共五個鉆孔，根據16111中運巷道施工進度，2011年12月15日開始進行探放水施工，2012年2月28日全部結束，期間放水孔、排水系統和施工巷道均未出現異常，安全掘進巷道640m，疏放12煤采空區積水65000m3，消除了12煤采空區積水對16煤工作面掘進及回采的水患威脅，實現了礦井安全生產。

參考文獻：

[1]國家安全生產主監管理總局.煤礦防治水規定[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

[2]王宏科.煤礦探放水工程設計優化與實踐[J].中國煤炭地質，2012，11（24）.

[3]高有存.積水采空區下近距離巷道探放水掘進施工技術[J].煤礦開采，2009.

作者簡介：吳磊（1980-），男，山東濟寧人，講師，2006年山東科技大學采礦工程碩士研究生畢業，主要從事煤礦開采技術相關的教學和科研工作。