那讀煤礦上部采空區巷道探放水設計的策略分析

陳 峰（廣西壯族自治區右江礦務局有限公司，廣西田東縣531501）

那讀煤礦上部采空區巷道探放水設計的策略分析

陳 峰（廣西壯族自治區右江礦務局有限公司，廣西田東縣531501）

近年來，隨著礦山資源整合的開展，多煤層開采日漸增多，對上部采空區積水情況進行探放水日益重要，本文主要分析那讀煤礦上部采空區防水設計施工的策略研究，解決上部采空區積水對下部開采煤層的安全威脅，對煤礦上部采空區水害防治具有重要借鑒意義。

采空區；探放水；物探；鉆探中

1 工程概況

那讀煤礦位于廣西田東縣境內，井田面積4.5259km2，礦井設計生產能力9.0萬t／a，2007年核定生產能力19萬t／a，主采煤層為三煤層和四煤層。目前三煤層基本采完，四煤層還沒有開采，2014年委托廣西宏亞設計咨詢有限責任公司進行四煤開采設計，設計服務年限7.6a。

（1）開拓方式：斜井開拓。

（2）采煤方法：根據煤層賦存條件，采用走向長壁采煤法，采用全部垮落式管理頂板。

（3）回采工藝：采用普通機械化采煤工藝。

（4）掘進工藝：鉆眼爆破+扒渣機裝巖掘進。

（5）巷道支護方式：現有的井巷采用原有的支護，新掘的下山采用錨噴支護，新掘的順槽采用金屬支架支護。

（6）提升與煤炭運輸方式：主斜井采用絞車提升煤炭，無極繩下山采用無極繩絞車提升煤炭，北一猴車道裝備架空乘人裝置運送人員上下井。

水文地質構造：那讀煤礦為單斜構造，煤巖層傾角小于10°，主采3煤和4煤層，充水水源主要是煤層頂板及其上部的砂巖裂隙含水層、上部采空區積水和少量地面降水補給，礦井正常涌水量q＜30m3/h，最大涌水量120m3/h。

2 礦井采空區積水情況

2.1 周邊小煤窯的采空區積水

礦井開采四號煤層，煤層頂板砂巖裂隙水和三號煤層采空區積水為主要的充水水源。該區域的地層總體為向北西傾斜，東南部在井田邊界外，埋藏較淺，導致三號煤層露頭。三號煤層周邊采空區內有多處積水，三號煤層頂板砂巖裂隙水與基巖風化帶裂隙水容易引發水力聯系。4號煤層和3號煤層間距5～12m，四煤層開采后頂板形成斷裂，溝通上部三煤層采空區積水。那讀煤礦井田東南部露頭一帶歷史上小煤窯較多，2008年 7月21日在三煤層掘進過程中曾發生特大透水事故，下部四號煤層受到上覆煤層采空區積水威脅的可能性較大，因此，確定3號煤層采空區積水為主要涌水來源。

2.2 井田內三煤采空區積水

那讀煤礦主采煤層為三號煤層和四號煤層，上部三號煤層基本采空，三號煤層上部為那讀組，厚96～213m，平均154m。由泥質砂巖、砂質泥巖、砂巖、炭質泥巖、煤成組成。只有砂巖類為含水層，單層厚度多0.5～2m，少量可達5m厚。由于砂巖含泥質較多，其透水性也不好。一般砂巖體也是透鏡狀，各砂體間有泥巖相隔，連通性也不好，這都影響地層的透水性。據16602孔統計，那讀組含水層厚度9.54m，該孔抽水試驗得單位涌水量為0.00728L/s·m，滲透系數為0.0767m/d，井田范圍內，3號煤層采空區有積水，采空區位置和積水范圍已初步圈定，并對積水量進行了預測估算。

3 探放水設計與施工

3.1 探放水設計

巷道掘進和采面探放水擬進入采空區后，每30m設置1個探放水點，采用礦用ZDY650（MK-3）全液壓鉆機作業，鉆頭：φ75mm，鉆桿直徑：φ42mm，鉆桿采用0.6m可連接鉆桿，附止水套。分超前鉆探和頂部鉆探，每個探放水點超前鉆探布置3個鉆孔。

根據物探結果，在掘進工作面合理布置鉆孔，對施工區域存在的異常地區進行鉆探。超前鉆探深度為60m，頂部鉆探深度12m。逐根鉆桿探記錄放水情況，遇異常地段，認真分析原因并進行處理；出水量過大，則立即停止鉆進，保持放水，加強觀察；如鉆機正常工作條件下不反水，可能是遇到了采空區或斷裂帶；如突然增大鉆機反水，有明顯的水流壓力，有可能是存在積水區。根據具體情況，采取有效的安全措施，保證探放水施工的安全性。

3.2 探放水施工

（1）探放水的準備工作

在進行探水前，先要對排水系統得完備性進行檢查，確保所需的排水設備已經配齊配足，并做好檢修工作，確保可以隨時啟動排水系統。具體方法是：在工作面安裝2臺BQS（W）60-80-30/N（30kW）排污泵，設置臨時水倉，工作面臨時水倉至-52大巷，敷設1路φ100mm的排水管路，單路排水能力要大于60m3/h，兩路的總排水能力要大于120m3/h。采用U型鋼支架進行永久支護，為確保鉆孔施工現場頂板、兩幫的安全性，支護要緊跟工作面，排水溝要清理干凈，確保流水通暢。按設計要求，將掘進工作面浮矸活石清理干凈，并進行探孔位置的布置。

（2）安裝并固定鉆機

可直接將探水鉆機安裝在巷道內。有涌水時，需要在巷道底板進行方木的鋪設，待方木墊平穩后，可在方木上的合適位置安裝探水鉆機。

用錨桿在鉆機底座的4個角位置固定鉆機，固定要牢靠，錨固力應大于64kN，用液壓點柱頂牢鉆機的兩側。

（3）關于探水孔的布置

超前鉆探探水孔主要鉆探四煤前方采空區積水，巷道布置于四煤煤層中，沿巷道前進方向水平布置3個探水孔，超前探水孔60m，安全保護距離30m，掘進長度30m，呈扇形布置，確保鉆探達到全方位覆蓋，鉆孔布置如圖1～2所示。

1號鉆孔位于巷道中線上，巷道頂板以下1.0m，呈水平方向，與巷道掘進方向一致。

圖1 超前鉆探探水孔布置示意圖

圖2 頂部鉆探探水孔布置示意圖

2號鉆孔位于巷道左幫，巷道頂板以下1.0m，呈水平方向，與巷道掘進方向成30°夾角。

3號鉆孔位于巷道右幫，巷道頂板以下1.0m，呈水平方向，與巷道掘進方向成30°夾角。

4號鉆孔位于巷道頂板中線上，與巷道頂板呈垂直方向。

5號鉆孔位于巷道頂板左幫，與巷道剖面中線成30°夾角。

6號鉆孔位于巷道頂板右幫，與巷道剖面中線成30°夾角。

實際施工中，可根據現場情況及實際需要、煤層傾角，對鉆孔角度進行調整和增設鉆孔。如果工作面無法布置鉆場，則在工作面一側開辟1個臨時鉆場，做好臨時支護。鉆孔布置方法跟上述的一樣。

（4）孔口管的埋設

孔口管主要是用來為鉆孔導向，另外還具有鉆孔內突水及時關閉閘閥或控制出水量的作用。水平超前探放水孔口管采用φ76.2mm的鋼管，長度要大于10m。在孔口管上安裝壓力在2.5MPa的高壓閘閥。在進行孔口管埋設時，孔口管尾端應露出巖面100～200mm，有利于閥門的安裝。孔口管埋設前，要進行耐壓試驗，確保試驗壓力大于注漿壓力約1MPa。將孔口管埋設好后，采用水泥漿充填周圍，安裝注漿管，采用水泥-水玻璃雙液漿進行充填。鉆孔探水施工完畢后，組織有關人員進行物探結果的驗證，并給出結論。當施工到老空區、積水區域前10m時，要進行短探驗證。

4 放水的技術要求

（1）鉆孔探到水后，要進行水量、水質、水壓的測定，估算出積水量。依據礦的排水能力，確定放水孔的流量，同時還要及時進行水溝、水倉的清理。

（2）增加放水地點的通風、有害氣體的觀測次數。

（3）安排專職人員進行鉆孔放水，并觀察鉆孔得出水狀況，測定水量與水壓，并進行記錄。如果發展水量變動，應立即匯報礦調度室，分析起因并進行解決。

（4）放水的整個過程要全程觀察，放水完成后，需要對積水量與放水量的偏差進行計算，并調查清楚出現原因。

5 探放水的安全措施

（1）探水的巷道不能存在低洼聚水段。

（2）巷道的支護應牢靠，不應有高掛棚腿，頂與幫要背緊，斜巷要有撐桿，確保巷道有很強的抗水流沖擊能力。

（3）在探水鉆孔有效掌握界限之內進行探水巷務的掘進，探水孔的幫距、孔間距、超前距要符合設計要求。在每一次探水后和掘進前，都要確立掛牌制度，并在開口點設置標志。

（4）探放水的地點務必要將報警裝置和電話安裝好。

（5）強化出水前兆的查看，一旦發現異常情況，應馬上中止作業，解決問題后方可重新開啟。問題嚴重時應立刻發出警報，撤離全部受水威脅的人員。

（6）務必向受水威脅的人員詳細講解報警信號和避災線路。

（7）盡可能防止在雨季進行放水工作。

（8）探放水人員應遵守準許的設計施工，未經單位批準同意，不得私自進行設計的更改。

6 結語

本文按照國家煤礦設計規范的有關規定，對探放水巷道進行設計，布置探放水鉆孔和孔口安全裝置，制定施工方法與預防措施，詳細的概述了煤炭礦山巷道掘進探放水設計的內容，旨在為煤礦巷道探放水設計提供一定的參考。

[1]周 韜，韓自豪，周建雄，等.瞬變電磁法在煤礦水害防治中的應用[J].中國煤田地質，2004，16（2）：44～46.

[2]喬寶印.物探技術在礦井水防治中的應用[J].河北能源職業技術學院學報，2008（5）：21～23．

[3]王 成.遠距離深孔探放水技術在礦井煤層群中的應用[J].山西焦煤科技，2011（10）.

[4]劉德旺.上部煤層采空區積水對下組煤層開采的影響[J].山西焦煤科技，2013（05）.

[5]白云來.礦井底板承壓水突水特征與防治措施研究現狀[J].礦業快報，2008（8）：10～13.

TD745

A

2095-2066（2016）05-0122-02

2016-2-2

陳 峰，工程師，1996年畢業于河南焦作礦院，地質專業，現任廣西右江礦務局有限公司那讀煤礦礦長。