煤礦老空水水害防治技術研究

楊斌

摘 要：本文主要對煤礦老空水水害防治技術進行了簡要的分析，希望可以為相關工作人員提供一定的參考。

關鍵詞：煤礦老空水；水害防治；技術研究

1工程概況

煤礦開采的主要作業環節為開掘井巷和回采煤層，在此過程中必然形成一定的地下空間。同時由于采掘工程不可避免地要接近、揭露某些含水層（體），因此當這些作業場所處于含水層（體）的水位以下而承受一定的靜水壓力時，水就會失去原有的平衡條件而涌入井巷或采場。待采動過后一定時間，就形成了老空區積水。煤層開采后，工作面采空區上覆巖層將產生移動、破壞。

當煤層開采后形成的導水裂隙帶波及甚至進入上覆含水層（體）時，就可能使水體向下流入采空區而使其大量積水。同時在采動的影響之下，地表往往發生沉陷，尤其是煤層賦存較淺又有地下水作用時更為明顯。由于沉陷導致的塌陷和裂縫往往是降雨或河水灌入井下的通道，易造成采空區的積水。

采動引起頂板巖層移動只是采空區積水的成因之一，也是水體下采煤時的主要障礙。其他因素如工作面進入導水鉆孔區域范圍或生產采區內有未查明的含水斷層、陷落柱也能造成采空區大量積水。此外，采動造成煤層底板破壞也會使含水層的水沿一定的導水構造充入采空區而形成大量積水。

老空積水水體的特點是：水體壓力傳遞迅速，流動與地表水流相同，不同于含水層中地下水的滲透。老空區突水既在生產上給各礦造成了被動局面，又在經濟上帶來巨大損失。

2老空水害防治方案

2.1合理布局，優化接替

根據大中型斷層資料合理分隔采區，保證采區間留設足夠防隔水保護煤柱，各采區回采形成完整的老空水單元，采區回采結束封閉后對臨近采區無影響。

根據煤層底板等高線，合理設計工作面，工作面沿煤層走向布置，車場或皮帶順槽低于工作面，保證老空活水自流出工作面，消除老空區積水。

采用下行式回采接替方案，工作面自下向上回采，老空區活水由下部工作面流出，減少采空區積水。

2.2留設防隔水煤（巖）柱

①巷道在水淹區下或老窯積水區下掘進時，巷道與水體之間的最小距離，不得小于巷道高度的10倍。

②在水淹區下或老窯積水區下同一煤層中進行開采時，若水淹區或老窯積水區的界線已基本查明。③在水淹區下或老窯積水區下的煤層中進行回采時，防隔水煤（巖）柱的尺寸，不得小于導水裂縫帶最大高度與保護帶高度之和。

3老空水害疏放技術研究

3.1老空水探水線及警戒線的確定

（1）探水線的確定

探水線是由積水線向外推移一定距離確定的一條界線，為放水的起點。

探水線外推距離的大小根據積水線的可靠程度、水量和水壓的大小、煤巖層厚度和強度以及礦山壓力大小等因素確定，一般不小于30m，每次放水前根據實際情況確定放水平距，施工至放水位置后進行放水作業。

（2）警戒線的確定

施工至警戒線時，應主要觀察采掘工作面有無異常變化，若發生透水征兆，臨近提前實施探放水工作。

3.2開孔固管技術

鉆孔使用φ73圓鉆桿配套φ133鉆頭開孔，若疏放水鉆孔開孔有塌孔現象，使用“取芯下管”法開孔下管。即把孔口管的短接從中間鋸開，制成鋸齒狀，連接到孔口管上。在孔口管的末端安裝一個變頭，使孔口管與鉆桿連接，經鉆機鉆進，孔口管就直接進入煤壁中，連接孔口管達到設計深度后，直接注漿固管。并及時使用φ89鉆頭掃孔排除孔口管內煤渣，掃孔深度不得超過孔口管長度。

下設孔口管完成后，利用風動注漿泵采用42.5#水泥（水灰體積比1：1），待加固孔口管的水泥漿凝固后（一般為12小時），掃孔打鉆超過下設孔口管長度0.5m，使用2ZBQ-3/21型風動注漿泵進行耐壓試驗，把注漿泵通過注漿管與鉆孔連接，用注漿泵向孔口管內注入清水，壓力達到2MPa，且孔壁不漏水，方可安裝Z41H-16DN100型閘閥和防噴裝置鉆進至采空區。若孔壁漏水，則須重復注漿加固孔口管和耐壓試驗的操作，直至孔壁不漏水。

3.3放水鉆孔防塌孔技術

（1）發現鉆機旋轉吃力，孔內返水變小，返水顏色變混濁，鉆渣碎石較多，即將發生埋鉆的危險，此時應立即帶水旋轉起鉆，千萬不可停水，待鉆機旋轉正常，孔內返水帶渣減少時，開始小心緩慢下鉆，如發現鉆機旋轉吃力，再次起鉆，反復以上過程，直到不再塌孔，鉆機旋轉正常，方可繼續鉆進。

（2）如果以上操作仍不能解決問題，塌孔現象仍在繼續，而且越來越嚴重，說明塌孔部位巖層松軟，塌孔周圍在水沖刷的情況下連續不斷地塌孔，越塌空間越大，孔內積存的碎渣越多，此時可能發生埋鉆、卡鉆、抱死鉆桿的危險性越大，此時應及時起拔鉆桿，把鉆桿全部拔出孔外。

（3）處理塌孔一般采用注漿或“取芯下管”方式，具體如下：

①如果鉆孔內出現卡鉆現象，而且鉆桿在孔內有上下彈跳現象，鉆機旋轉不穩，這說明孔底巖石裂隙發育，孔內有活動碎石，而且巖石是堅硬的。在這種情況下，起鉆后，可直接向孔內注漿，因為巖石脆性強，裂隙暢通，容易注漿，當裂隙注滿升壓以后即可。待漿液凝固48小時以后，可以掃孔鉆進，一般情況下可通過塌孔地段，問題得到解決。

②如果在鉆探過程中，發現鉆機旋轉壓力逐漸增大，旋轉速度逐漸變慢，噪音增大，感覺明顯吃力，鉆桿有鈕勁現象，這說明孔底遇到了松軟巖層，在水的攪動和沖刷下坍塌堆積在孔底，而且巖石的強度很低，在鉆頭和鉆桿的攪動下越堆越多，越攪越碎，越攪越實在，最終把鉆桿抱死，遇到這種情況，應按照第（2）條要求，立即把鉆桿拔出孔外，更換“一”字形鉆頭，或者不帶鉆頭（目的是為了防止塌孔埋鉆拔不出來鉆桿），把鉆桿下到孔底，用水反復沖洗鉆孔，盡可能地多沖出巖石碎渣，讓塌孔部位充分“片幫”，形成一個空間。此時，停止沖水，把鉆桿與注漿管連接，從鉆桿中間注入漿液到孔底，在注漿壓力作用下，孔底漿液向上頂起沉淀的巖石碎渣，并向上移動，移動一定距離后，由于上部孔壁完好，鉆桿周圍的環狀間隙很小，底部上升的巖石碎渣會擠緊在這里，把漿液封死在孔底塌孔部位，此時注漿壓力會逐漸上升，漿液不僅充滿了塌孔空間，而且也擠入巖石縫隙，加固了松軟巖層。此時應停止注漿，把鉆桿從孔內拔出。等到漿液凝固后，原塌孔部位已經成為一個水泥大塊，當再次打鉆時將會很容易地通過。

③如果沿煤層施工鉆孔出現埋鉆現象，鉆桿在孔內摩擦力增大，鉆機旋轉壓力穩步增高，這說明孔內煤層松軟，因煤層裂隙較小，一般注漿情況下難以解決該類問題，在這種情況下，采用了“雙層套管取芯施工法”，開孔用巖心管前帶取芯鉆頭穿入煤層下入φ152孔口管，固管后內置φ133鉆頭帶φ108孔口管施工至老空區，該施工方法有效避免了開孔、打鉆過程中出現的塌孔、埋鉆等情況，在2604外段泄水巷等工作面放水過程中應用效果良好，大大減少了透孔、處理塌孔時間，方便高效的解決放水問題。

3.4復合鉆頭+扶正器綜合糾偏技術

鉆孔在施工過程中，由于鉆具自重和煤巖性質、裂隙發育程度的影響，鉆孔施工至終孔位置時，與鉆孔的設計終孔位置存在偏差。

針對鉆孔偏斜特性，車集煤礦自主設計鉆孔扶正器，通過扶正器四翼對孔壁的支撐作用，確保鉆桿受力均勻，鉆頭不偏載；并推廣使用復合鉆頭，利用小鉆頭定位、大鉆頭確保均勻受力的特性，保證鉆頭沿直線鉆進。

3.5老空區水位監測技術

（1）在老空水位低于放水處巷道（或硐室）頂板標高時，可在孔口安設水位監測裝置，該裝置利用“U”形連通器原理，測量老空區積水水位標高，可動態監測老空區積水水位。

（2）在低處疏放老空水時，可在孔口安設小揚程水壓表，根據水壓選取適當壓力表，根據鉆孔孔口標高及測得水壓值測算老空區水位，并在放水過程中動態監測老空區積水水位，確定老空水疏放進度。

結論

研究煤礦老空水疏放的新方法、新思路，總結老空水疏放的成功經驗，提高煤礦老空水防治水平，消除老空水害威脅，更好地總結老空水防治經驗，并加以推廣，為老空水害防治工作積累詳實的理論資料。

參考文獻

[1]郭小兵.淺談老空水害事故原因及防范管理對策[J].能源與節能.

[2]謝瓊芳.礦井水害事故特征及防治技術分析[J].內蒙古煤炭經濟.

（作者單位：永城煤電控股集團有限公司地測處）