特厚煤層探放同層采空區積水技術研究

文/王毅武

特厚煤層探放同層采空區積水技術研究

文/王毅武

沿空掘巷能夠提高煤炭資源采出率，實現礦井高產高效。但沿空掘巷與相鄰采空區距離較近，在掘進過程中容易溝通采空區積水，引起突水事故。目前，探放水的研究對象主要集中在上覆采空區積水，而對同煤層采空區積水的研究很少。本文結合山西凌志達煤業有限公司3～5#煤層8204工作面5204巷工程背景進行探放水研究，分析了8206采空區積水對掘進5204巷的影響，介紹了探、放水鉆孔的位置分布和技術參數。實踐證明，通過合理布置探、放水鉆孔，能夠順利放出采空區積水，保證巷道安全掘進，對類似礦井探放采空區積水有一定的指導意義。

一、地質概況

山西凌志達煤業有限公司3～5#煤層8204工作面位于二盤區東部，東鄰8202采空區，西南為8206采空區，上覆為侏羅系14#煤層采空區，層間距為400.6～419.4m。工作面采用一進二回三巷布置，“一進”是2204進風巷，“二回”分別是5204回風巷、8204瓦斯高抽巷。

5204巷位于本井田的東南部、二盤區的東北部，東北鄰 2204巷，西南相鄰8206采空區，西北部為F13810斷層，東南部為二盤區回風巷。5204巷沿煤層底板掘進，設計長度1094m （二盤區回風巷西幫起算），走向305°，設計斷面為矩形，掘進寬度5200mm，高度3600mm，凈寬5000mm，凈高3300mm。巷道所在區域地層走向近似東西，傾向北，為一南高北低的單斜構造，傾角2°～4°，煤層結構復雜，利用厚度：9.00～15.84m，平均12.85m。煤層中含2～16層夾矸，平均10層，厚度為1.35m。工作面巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 工作面巷道布置示意圖

二、水患分析

1.充水水源判別

根據井田石炭二疊系煤炭勘探地質報告、建井地質報告、礦井水文地質類型劃分報告，以及鄰近的8206工作面實際回采情況，5204巷的可能充水水源主要有以下4種：上覆侏羅系采空區積水、同層8206采空區積水、奧陶系巖溶承壓水以及煤巖層裂隙和斷層水。具體分析如下：

（1）上覆采空區積水

5204巷對應上覆空間為侏羅系14#煤305盤區采空區，其中305盤區采用長壁大冒頂法及刀柱法采空，煤厚4.7～5.7m，采高4.7～5.7m。5204巷東北部的8202工作面上覆侏羅系14#煤層采空區實地調查結果為干枯狀態，無積水。5204巷西南部的8206工作面在對應地面施工了兩個探放水鉆孔。探測結果表明8206工作面對應上覆侏羅系采空區未發現大量積水。

根據以上5204巷同層相鄰的8202和8206工作面在開采前對上覆采空區的調查和探放情況，以及實際開采過程情況分析，5204巷對應上覆侏羅系采空區無大量積水。

（2）同層采空區積水

5204巷位于8202采空區和8206采空區所夾的中間區域，距8202采空區290～440m，受影響較小，距8206采空區6m，并且5204巷在8206工作面停釆4年后開始掘進，兩工作面間隔時間長，因此，8206采空區可能存在大量積水，影響5204巷的掘進工作。

（3）奧陶系巖溶承壓水

根據礦井水文地質類型劃分報告，該煤礦水文地質類型為中等型。根據2008年完成的有關一、二盤區奧灰水突水危險性評價報告，5204巷處于安全區和過渡區，突水危險性較小。

（4）煤巖層裂隙水

根據《建井地質報告》，二疊系山西組，石炭系太原組含水層是開采石炭二疊系煤層的直接充水含水層，富水性弱。開采過程中巷道頂板局部會有淋水現象，屬于煤巖層裂隙水與孔隙水。

（5）斷層水

根據8206工作面開采過程中對8204工作面北部F13810斷層導水性探查資料，該斷層不導水。

通過對5204巷充水水源分析，8206采空區積水可能是巷道掘進過程中的水害威脅。

2.同層采空水危害分析

8206工作面走向長 1394.1m，實際開采長度1182.0m，傾向長230.5m，煤層總厚度9.72～15.06m，平均12.96m。工作面為上山開采，內部存在低洼區，工作面停采密閉后，采空區內西北方向和低洼區內容易聚水。根據8206工作面回采時的實測標高，2206巷標高比5206巷平均高出6m左右，若8206采空區存在積水，積水將主要聚集在5206巷一側。若不采取疏放措施，5204巷掘進后存在同層采空水突水危險。將會對5204巷的掘進構成威脅。

本次施工探放水鉆孔是為了探放8206采空區積水，確保5204巷的安全掘進。

三、探放水工程及效果

本著堅持“有疑必探，先探后掘”的探放水原則，5204巷探放水工作隨著巷道的掘進分為探水和放水兩個階段。探水階段是為了探查采空區積水界限，放水階段則是將采空區積水水位降至安全水位。探放水鉆孔布置在工作面左幫，每組鉆孔根據放水量確定孔數，每個鉆孔開孔位置距巷底1m。鉆探使用ZLJ-350煤礦用坑道探放水鉆機，鉆場規格寬×深為4m×2.5m。

1.探水工程

探水階段從5204巷臨近8206采空區密閉開始，里程為297m～968.7m，距離671.7m，共施工鉆孔16個。前3個鉆孔目的是探測采空區密閉往里段積水。待1#鉆孔施工完成后，根據鉆孔出水量分析采空區積水情況，結合分析結果指導2#鉆孔施工，做到施工一個孔，分析一個孔，指導下一個孔。

探水鉆孔設計參數見表1，鉆孔布置平面示意圖如圖2所示。

表1 探水鉆孔設計參數表

圖2探水鉆孔平面布置示意圖

前3個鉆孔探測結果均無積水異常，但是存在瓦斯異常。為了平衡探放水與瓦斯異常涌出的問題，后續鉆孔參數改為方位215°（與巷道垂直），孔深6m。

2.估算采空區積水量

采空區積水的分析是放水工程的首要環節，8206采空區積水主要來源是當時的生產用水和煤巖層裂隙水，根據前期水位觀測數據和煤層底板等高線，劃定采空區內積水水位線為1021.8m，用采厚預計法估計對工作面開采有影響的采空區積水量，其公式如下：

式中：Q——采空區積水量（m3）；

M——煤層平均厚度（m）；

L——積水區長度；

H——積水水頭高度；

α——煤層傾角；

K——充水系數（0.3）

通過計算預計積水量為7.9萬m3。

3.放水工程

在里程968.7m施工第16組探水孔時，鉆孔出水，涌水量為7.5m3/h，由此5204巷由探水工作逐漸向放水工作轉變。放水階段里程為968.7m～1013.4m，距離 44.7m，共施工 4組 33個放水鉆孔，鉆孔進尺198m。

放水鉆孔設計參數見表2，放水鉆孔剖面布置示意圖如圖3所示。

圖35204巷放水鉆孔剖面布置示意圖

表2放水鉆孔設計參數表

4.鉆孔封孔

鉆孔施工完成后，若無水涌出或放水工作完成后，要對鉆孔進行封孔，封孔深度2m。封孔要求采用棉絲、黃泥、水泥漿三種材料封孔，封孔結構從里往外為0.3m棉絲、0.7m黃泥、1m水泥漿。

5.工程效果

2014年12月14日開始在5204巷進行放水工作，截止到2015年1月31日已累計排放8206采空區積水5.11萬m3，8206采空區積水水位已經降至安全水位1017.5m。8204工作面現已回采完畢，回采過程中8206采空區積水未對工作面回采造成不良影響，有效解除了同層采空區積水對采掘面的安全隱患。

四、結語

1.5204巷探放8206采空區積水工作，開創了山西凌志達煤業有限公司3～5號煤層探放同層采空區積水的先河。本次探放水工作探、放有序，鉆孔布置合理，基本掌握了8206采空區積水特征，消除了安全隱患，提升了人們對礦井水害防治的思想認識。

2.采空區積水量估算所使用的采空塌落系數K取值小，估算水量7.9萬m3，實際放水量5.11萬m3。由此基本可以確定，估算水量時所選取的塌落系數值偏高，實際塌落系數應低于0.3。說明3～5號煤層頂板垮落程度較高，頂板垮落時產生的碎塊以及碎屑物占據了較多的采空區空隙。

3.采空區內空隙與空隙之間連通性差。根據第16組放水孔資料顯示，8#、9#和 10#放水孔間距平均0.25m，根據12月18日至26日觀測數據，8#孔水量平均28.1m3/h，9#孔水量平均16m3/h，而10#孔水量平均2.3m3/h。三個孔間距小，出水差異卻十分明顯。類似情況在第17組、18組、19組放水孔中均有出現，由此可見采空區內空隙之間連通性不好。

4.采空區內松散堆積物富水性較好，能夠向采空區滲流、補給水量。在第16組3#放水孔安裝了一個水位觀測膠管，放水期間，觀測水位從 0.76m降到0.37m，整體為下降趨勢。但在所有放水孔關閉4小時后，水位又急劇上升至1.1m，隨后開始下降，并在此期間，各放水孔孔壁和關閉不嚴閥門仍然以每班20～32m3水量往外排水。

（作者單位：山西凌志達煤業有限公司）

（責任編輯：周瓊）