大地壓作用下老空水探放技術(shù)與應(yīng)用

摘要：老空水是煤礦主要的水患之一，對老空區(qū)探放的研究具有重要的現(xiàn)實意義。本章首先從老空水的來源、探放水的技術(shù)路線、設(shè)計內(nèi)容和主要的探放水方式進行分析，然后對探放老空水鉆孔布置和步驟進行了闡述和講解說明。

關(guān)鍵詞：老空區(qū) 充水系數(shù) 煤礦防治水 應(yīng)用

1 概述

邢東礦地處太行山東麓與華北盆地的接觸帶上，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，北東向斷裂構(gòu)造非常發(fā)育，埋深大，受大地壓影響嚴重。近年來由于煤炭需求量大，特別是對稀有煤種的需求，造成邢東礦生產(chǎn)接替任務(wù)十分緊張，計劃掘進2124工作面，主采2#煤，平均厚度4.5m，北側(cè)緊鄰2123采空區(qū)，水源主要來源于采空區(qū)注漿用水和2#煤頂板砂巖水，南側(cè)為充填巷，西側(cè)為皮帶大巷，東側(cè)為F19-1斷層。

2 技術(shù)難點

該面2#煤埋深在1059～1155m，埋深大，受大地壓影響嚴重。在煤層中施工塌孔嚴重，不易成孔，且孔深大，無法下套管，疏放難度大，容易堵孔。

3 探放水技術(shù)

在此條件探放老空區(qū)水主要受積水量、探放水方案設(shè)計和壓力的影響。

3.1 采空區(qū)積水量的估算。根據(jù)2011年6月2124運料巷開口段左幫錨桿眼出水情況判斷，共積存老空水102602m3，積水標(biāo)高-1003.4m，孔口水壓0.551MPa。計算如下：V=K·S·h=0.3×85502×4

其中：V——積水量；K——采空區(qū)充水系數(shù)，據(jù)《煤礦安全手冊》峰峰礦區(qū)軟巖層1～5年為0.22，在此取0.3；S——積水平面積，據(jù)2124運料巷開口10m左幫錨桿眼出水情況推出2123采空區(qū)積水平面積為85502m2；h——平均采高，取4m。由此計算積水量為102602m3。

3.2 探放水方案的設(shè)計。①探水線的確定。2123采空區(qū)積水標(biāo)高為-1003.4m，積水最低標(biāo)高為-1060.4m，最大水壓為0.57MPa。根據(jù)防隔水煤柱的公式L=0.5KM■。其中：L——防隔水煤柱的寬度（m）；K——安全系數(shù)（一般取2～5），在此取2.5；M——煤層厚度或采高（m），取采高3.5m；P——老空水水頭壓力（MPa），為0.57MPa。在此計算得：L=12.5m。

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》第九十八條：“探放老空積水的超前鉆距，根據(jù)水壓、煤（巖）層厚度和強度及安全措施等情況確定，但最小水平鉆距不得小于30m，止水套管長度不得小于10m。”又據(jù)冀中能源股份有限公司《礦井防治水工作暫行規(guī)定》第49條：“積水情況清楚時，一般情況，由積水區(qū)向外推移40m作為探水線。但各礦可根據(jù)水壓情況和積水量大小，具體設(shè)計時，可自行確定超前距，但必須經(jīng)過礦總工程師批準(zhǔn)。”該采空區(qū)積水區(qū)域為該礦自行開采，各種資料十分準(zhǔn)確，據(jù)此，為探放安全，探水線取50m，即2123采空區(qū)積水線外推50m作為探水線。②鉆孔位置及參數(shù)。依據(jù)《煤礦安全規(guī)定》第94條規(guī)定探放老空水、陷落柱和鉆孔水時，探水鉆孔成組布設(shè)，并在巷道前方的水平面和豎直面內(nèi)成扇形。鉆孔終孔位置以滿足平距3m為準(zhǔn)，厚煤層內(nèi)各孔終的垂距不得超過1.5m，2124探放水聯(lián)絡(luò)巷共設(shè)計三組9個鉆孔，預(yù)計第一組和第二組鉆均54m進入采空區(qū)，第三組鉆55m進入采空區(qū)，鉆孔先施工第一組鉆：1-1、1-2、1-3號孔，然后根據(jù)實際情況再進行調(diào)整。③技術(shù)要求。鉆孔采用二級套管，一級套管φ154mm，二級套管φ127mm，耐壓合格后再鉆進，要求全孔下管，并定期觀測壓水。

4 探放過程

放水期間通過現(xiàn)場水量觀測和在專用排水管路中安裝流量計統(tǒng)計放水量，并定期監(jiān)測水壓，兩階段先后歷時86天，施工放水鉆孔18個，累計進尺918m，其中出水鉆孔8個，共放水36000m3，當(dāng)水壓值降為零，確定2123采空區(qū)無水。第一階段根據(jù)放水鉆孔實測開口標(biāo)高（H），實測水壓值（P），計算出2123采空區(qū)的積水標(biāo)高（H1=H+P·100），圈出2123采空區(qū)的積水面積（S），根據(jù)老空區(qū)積水計算公式計算出老空水的積水量。計算公式如下：V=K·S·h。其中V——積水量，S——積水平面積，K——采空區(qū)充水系數(shù)，h——平均采高。

根據(jù)老空積水公式可以算出不同階段的老空區(qū)積水情況，自7月27日測水壓，歷時26天后共放出12493m3水，水壓降至0.33MPa，積水面積縮小20230m2，利用公式反算后得出2123采空區(qū)充水系數(shù)為0.14 ，此后計算老空區(qū)剩余水量時，充水系數(shù)采用0.14，截止2014年1月8日2123采空區(qū)積水已疏放完，水表統(tǒng)計共放水36000m3，與預(yù)測積水量不符，分析由生產(chǎn)用水與注漿引起。經(jīng)反算后得出2123采空區(qū)充水系數(shù)約為0.14。詳見下表：

5 結(jié)論

從開始放水到放水結(jié)束，經(jīng)過分析放水?dāng)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)積數(shù)量與水壓和面積成正比；計算得出2123采空區(qū)充水系數(shù)為0.14，此數(shù)據(jù)可作為經(jīng)驗值，為下一次探放提供了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻：

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作者簡介：閆興達（1987-），男，遼寧喀左人，助理工程師，從事礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)的研究與工作。