煤礦老空積水探放技術分析

摘 要：老空區積水具有水量大、涌水迅速的特點，這是礦井透水事故發生主因。文章結合礦井實際探放水施工，從老空區積水探測、關鍵參數設定方面分析了探放水施工要點技術，并重點介紹了探放水鉆孔施工，望對類似積水探放施工有所借鑒。

關鍵詞：老空積水；探測；技術參數；鉆孔施工

中圖分類號：TD745.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0025-01

礦井透水事故發生的主要源頭為老空積水，重視老空積水探放是降低水害的有效措施。南方礦區所處地質條件較為復雜，構造侵蝕剝、地形陡峭、良好的地表排泄條件以及降水量多等條件為老空區積水提供了良好的條件。老空區突水具有時間短、水量大的特點，會對礦井生產造成嚴重破壞。據數據不完全統計，礦井透水事故在煤礦事故中占有比例近7%，相較其他類型而言其事故比例較低，但其危害性是最大的。

1 工程概況

某煤礦主采煤層為中厚煤層，傾角4～6度，傾向北偏西，整個煤層產狀為一向斜構造，向斜軸基本上在工作面走向中部。地質勘探中揭露該煤層頂板存在一富水系數很大的承壓裂隙含水層，煤層開采后的采空區形成大面積積水，水量非常大。井田內部分布有較多老空區與小窯，其中積聚大量老空水，對相鄰工作面的開采造成威脅。留設防水煤柱會造成大量煤炭資源損失，影響礦井效益，綜合比較之后確定在相鄰工作面軌道順槽掘進過程中集中探放老空區積水。

2 老空區積水探測

老空區積水探放施工前應對老空區積水情況進行全面的了解與掌握，首先要分析與論證已掌握的歷史數據資料，并結合井下物探、鉆探和巷探等多種手段，以求數據收集的精確度。

2.1 井下探測方案

井下探測采空區積水采用\"鉆探為主，物探為輔\"的手段，一般先探測回風順槽，后探測運輸順槽，先淺后深的方法。探測施工首先在工作面切眼的上部回風順槽兩側100 m范圍內進行，采用分組鉆孔探水施工，如所鉆孔都沒有探測到采空區積水，可根據情況適當地增加幾個鉆孔進行補探作業，最后整理分析鉆孔數據，得出本組鉆孔控制范圍附近有無積水。依次下移，分別在切眼中部和下部進行鉆孔勘探，每組鉆孔的布設數量不得少于3個，鉆孔呈扇形分布，終孔間距控制在15 m以內，根據實際情況增加驗證孔。如在切眼下口位置探測到積水區域，應在其下方增加鉆孔數量，并重新規劃鉆孔布置方案，探測出老空區積水的實際邊界位置，以期將老空區積水排放干凈。

2.2 老空區積水估算

根據以往地質資料和開采過程中揭露的老空區積水情況，對探測區域的老空區積水進行估算。該煤層老空區積水靜水位標高約在+511 m的水平，預計老空區底部標高為+485 m，則計算得到靜水頭高度36 m。老空區積水孔隙率按以往探放采空區積水經驗取值為8%，老空區積水面積約為197 935 m2，積水區域形狀按照楔體計算，則老空區靜水量為：

3 老空積水探放關鍵技術

消除老空區積水危害最直接有效的措施就是排放積水。根據井田地質條件以及老空區積水探測情況，該煤層工作面沿走向布置，并且由于采區有向斜結構的存在，軌道順槽位于采空區積水區域最低點。依據積水位置和煤層賦存條件，在老空區相鄰工作面的皮帶順槽最低點距底板1 m高位置布置三個探放水孔，布置三個放水鉆孔，集中疏放老空區積水。探放水方案確定之后，應對具體施工參數進行設計，主要包括以下幾種。

3.1 探水線

探水線為整個探放水施工邊界線，按照相關規定要求老空區積水外緣60 m區域為本次施工探水線。采掘工作面進入積水邊界20 m范圍內時，應立即停止施工作業，進行打鉆放水，如圖1所示。而一些礦井在確定積水區位置及水壓參數時，憑借以往工作經驗，以煤層30 m和巖層20 m這一標準來確定探水線到積水區最小距離，此方法不存在科學依據，會造成巨大的安全隱患。

3.2 超前距

探放水施工一般需要多次打鉆才能打通積水區，探水與掘進施工往往交替進行。為安全起見，探水作業應先于掘進，確保打鉆終孔位置在采掘工作面一定距離，即超前距。超前距可通過下式計算得到：

其中：a為超前距，m；L為巷道跨度，m；P為水頭壓力，MPa；Kp為隔水層抗張強度，MPa；A為安全系數，取值范圍2～5；

根據國內相關探放水施工經驗，井下積水探放水超前距離不應小于20 m，可根據煤層厚度可進行適當的調整。該礦探放水超前距離為40～53 m。

3.3 最小鉆探長度

探放水工作主要依靠探放水機具進行施工，其對放水鉆孔成型質量甚至最終放水效果都有重要影響。探放水機具的選擇需要考慮最小鉆探長度的影響，盡可能依據礦井現有設備條件。最小鉆探長度為循環采掘長度與超前距之和，后期采掘長度可由倒算法得出，禁止超采情況出現。鉆探施工應由專門探放水機具進行，嚴禁其他非專業器具進行代替。工程選用鉆機為煤礦用坑道鉆機，最小鉆探長度為50 m。

3.4 鉆孔打設

探放水施工方案的確定要綜合考慮鉆孔參數、鉆孔附近構造發育情況、煤質硬度以及水頭高度等因素的影響，一般探放水施工前準備工作有兩個方面：首先根據探放水方案以及煤礦現有設備條件，選取探放水所需的設備及材料，如鉆機、鉆頭、擴孔器、排水設備等；其次，根據放水鉆孔實際參數進行鉆孔與放水。鉆孔施工控制與成孔質量是影響探放水效果的關鍵素，施工中應在以下幾個方面多加注意：

①為便于將老空區中積水全部放出，鉆孔開孔位置應盡可能降低，考慮施工難易程度，開孔位置距底板1 m，直徑150 mm。

②鉆孔軌跡應做到嚴格控制，施工中應做到“三點一線”，將鉆頭、穩定器與孔位始終保持在一直線上。鉆孔打設初期應做到“柔性施工”，鉆頭鉆進2.5 m距離后安裝套管、控制閥門與法蘭盤，管線周圍用相應的材料進行密封。為驗證孔管密封質量，可在擋孔施工一定時間后進行壓水實驗，驗證標準為半小時內孔管不漏水、不活動。

③鉆頭依次穿過鋼管與閥門進行鉆進作業，鉆孔仰角控制通過調整鉆機角度實現（鉆機上安設羅盤），直至鉆孔貫通。退出鉆桿并移除鉆機，迅速安裝排水管將積水排放至水倉。鉆孔貫通初期，水壓較大，需提前開啟水泵將涌水及時排出。

4 結 語

①老空積水的防治重點在于探測與治理，探測中需要綜合采用物探、鉆探與巷探等方式確定老空區積水特征；治理中留設煤柱雖能夠減少工作量，但其會造成煤炭資源損失，將老空積水放出才能從根本上解決水患。老空積水探放需要從技術方面做好設計工作，包括確定超前距、最小鉆探距離等參數，設計合理鉆孔與排水施工工藝，以確保積水充分放出與探放水施工安全。

②由工程實踐得出，3鉆孔成孔質量良好，老空區積水排放較為徹底，鉆孔與放水過程并未出現異常現象。探水與掘進施工設計合理，巷道掘進速度并未受到探水施工較大影響。

參考文獻：

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