煤礦掘進工作面上覆老空積水探放技術

2015-07-27 05:23:43左修波劉永鑫山東鑫國煤電有限責任公司山東肥城271600

山東工業技術 2015年13期

左修波, 劉永鑫（山東鑫國煤電有限責任公司,山東肥城 271600）

煤礦掘進工作面上覆老空積水探放技術

左修波, 劉永鑫
（山東鑫國煤電有限責任公司,山東肥城 271600）

摘要：文章針對山東鑫國煤電有限責任公司井下掘進過程中上覆采空區積水的探放,有效解決了采空區積水威脅, 實現了工作面的安全生產。同時文章分析了水害存在的原因和治理措施，取得了明顯的技術經濟效果，對類似礦井老空區水害治理具有參考意義。

關鍵詞：上覆采空區；老空積水；探放水技術

礦井水害事故是威脅煤礦安全生產的重大災害之一，而采空區突水約占煤礦水害事故的80%。采空區突水具有時間段、水量大、破壞性強等特點，所以對煤礦采空區積水探放是礦井防治水的重要任務之一。

1　工作面概況及水患分析

山東鑫國煤電有限責任公司9204工作面位于9200采區的西北部，為一單斜構造，走向：260°～20°,傾向：170°～290°,傾角：2°～5°,平均傾角3°。本面位于 f13、GF1斷層防水煤柱與GF22斷層防水煤柱之間，東至GF22斷層防水煤柱，西至 f13、GF1斷層防水煤柱，南至9200軌道石門，北至F3-1斷層防水煤柱。9204工作面直接頂板以灰色泥灰巖為主，厚0～2.7m，平均1.26m，裂隙發育，局部富水性強，掘進期間局部泥灰水將以淋水的形式影響巷道施工。老頂為灰色粉砂巖,含細粒FeS2 ,具水平層理,含植物化石碎片。

9204工作面上覆8204工作面底板徐灰經注漿后已安全回采，受構造影響，上下巷道施工期間起伏較多，采空區局部不具備自然泄水條件，老空區懷疑存有積水。為確保9204工作面安全掘進，解除掘進前方老空水患威脅，根據《煤礦防治水規定》，“預測預報，有疑必探，先探后掘”的防治水原則，需對8204采空區進行超前探放水工作。

2　老空水的成因及估算

2.1 老空水成因

8204工作面煤層直接頂為灰至深灰色灰巖（四灰），厚2.54～7.13m，平均4.97m，質地堅硬，裂隙發育，為極豐富到中等的含水層。下伏徐灰厚6.22～9.44m，平均7.48m，上距8煤平均33.2m，徐灰質純致密，淺部巖溶裂隙發育，富水性強。由于斷層的升降和其導水性影響，徐灰成為四灰的直接補給水源，是8204工作面老空區的主要水源層。

2.2 老空積水區的估算

估算老空積水范圍積水量是探放水設計的重要一環，根據收集資料，在采掘工程平面圖上深入分析研究確定8204工作面水倉為積水區域，積水標高為-219.1～-219.9m。計算公式如下：

式中： Q積---- 老空積水的積水量

K ----- 采空區積水平面積， m2取884.8m2

M----- 采空區的平均采高，m 取 2.1

F-----采空區充水系數0.3～0.5 取 0.4

α-----煤層傾角取 4°

通過計算8204工作面采空區積水量約為750.7 m3

3　探放老空水技術方案設計

3.1 方案確定

本次鉆探采用SGZ-IB150型鉆機進行鉆孔，鉆孔呈扇形布置，原則上設計2個方位，全部控制上部采空區，一個方位布置3個鉆孔，鉆孔開孔孔口間距和排距不小于0.5m,終孔控制積水區下部、中部和上部，下部鉆孔終孔位置一般為采空區底部浮煤上部，鉆孔設計深度40～60m。

為確保9204工作面安全掘進，在9204工作面鉆場內探放8204采空區積水。探放水工程結束前，9204工作面運中迎頭至積水區前30m停止掘進。由于9204工作面局部不具備自然泄水條件，已在低洼處水倉安設BQW100-28-15潛水泵（流量100 m3/h,揚程28m,功率15KW）2臺,采用雙回路供電，排水能力滿足鉆探工程需要。

3.2 鉆孔布置

根據上覆采空區積水實際情況，設計鉆場位于9204工作面運中迎頭退后3m，鉆場規格：長6m,寬2.8m,高2m。

表1　鉆孔參數

3.3 安全技術措施

（1）探放水前，施工人員加固好鉆場內巷道支護，鉆機嚴格按設計方位固定牢固，安裝調試好鉆機，清理好泄水路線。

（2）一級套管為Φ108mm無縫鋼管并注漿固結，長度為12m，鉆孔下入套管后用水泥、玻璃水雙液漿進行封固，水泥漿比重1.5～1.8，套管下置越淺要比重越大；玻璃水用量以每100kg水泥加入10kg為宜，用水泥漿封固，水泥凝固后作耐壓試驗，壓力值為2.0MPa,持續時間不少于30分鐘，耐壓試驗時孔口及圍巖壁無漏水、滲水、套管無松動、退出等異常現象視為合格，否則重封，套管試壓合格后，在孔口管上安設好止水閘閥。

（3）護孔管封固合格后，要用Φ71mm鉆頭鉆進直至終孔。

（4）施工地點要配備專職瓦斯檢察員檢測瓦斯，負責探水施工過程中的安全工作，出現異常及時匯報處理。

（5）在第一個鉆孔眼出水后，根據水流量的大小，有技術人員再決定是否打下一個眼。可根據實際情況，對鉆孔數量適當增減，防止出現下巷存有積水現象。探眼無水時，必須用黃泥封固，防止有害氣體涌出和煤層自燃。

4　鉆孔施工過程

（1）施工第一個鉆孔放1孔，方位24°，傾角+11°,0～12m 為Φ110mm,下Φ108mm無縫鋼管制作的套管10m，外上長度為1m 的Φ108mm孔口管一個，并注漿固結。然后改為Φ71mm鉆頭繼續鉆進，鉆進43.7m鉆透8204采空區積水區上部位置，停止鉆進，初始涌水量約為18 m3/h，并伴有臭雞蛋味，0.5小時后，水量穩定，拔出鉆桿，涌水量22 m3/h,1小時后鉆孔水量衰減至1 m3/h左右。

（2）繼續施工第二個鉆孔放1-2孔，方位24°，傾角+13°鉆進41m鉆透8204采空區積水區下部位置，停止鉆進，初始涌水量約為35m3/h， 1小時后水量穩定，拔出鉆桿，涌水量45m3/h,3小時后鉆孔水量穩定在43m3/h左右,16小時后，鉆孔水量衰減至23 m3/h。

（3）改變鉆進方位，繼續施工第三個鉆孔放2-2孔，方位18°，傾角+12°鉆進42.3m鉆透8204采空區積水區下部位置，停止鉆進，終孔水量10m3/h，拔出鉆桿后，拔出鉆桿，涌水量12m3/h。

5　探放水效果

經過2天的施工，順利完成了9204掘進工作面鉆孔施工工作。共施工鉆孔3個，經過3天的觀測，放1-2孔和放2-2孔水量基本穩定在2 m3/h左右，工作面累計放水量800 m3左右。現老空區內靜積水已放凈，老空區內含有動水，動水量2 m3/h。分析認為由于斷層的升降和其導水性影響，徐灰為采空區的補給水源為2 m3/h，通過探放基本解除了該工作面上覆采空區積水的威脅，9204工作面可以恢復掘進。