采空區探放水安全技術措施研究分析

王梓荃

（潞安集團司馬煤業公司，山西 長治 047105）

1 工作面概況

潞安集團司馬煤業公司1207工作面位于井田二采區西翼，工作面東部、南部為實煤區，西部為1208采空區（2013年回采結束），北部為采區大巷。1207工作面走向長度為1200m，傾向長度為190m，工作面標高為+503.0m。工作面回采煤層為3#煤層，平均厚度為6.95m，采用傾斜長壁后退式綜合機械化低位放頂煤一次采全高全部垮落采煤法，截至目前工作面已回采560m。

1207工作面與1208采空區間隔煤柱寬度為62m，由于二采區回采面采用的是低位放頂煤回采工藝，工作面回采后采空區頂板垮落高度達9.2m，受采空區頂板垮落影響，工作面上覆地表巖層出現開裂、下陷現象，形成地表涌水通道，導致工作面回采后采空區內存在大量積水，通過對1208采空區探測發現，采空區內預計積水量達3975m3，水壓為0.07MPa。

1207工作面在回采至505m處揭露一條正斷層，斷層落差為2.2m，傾角為45°，斷層由1208采空區側向回采煤體延伸，受構造應力及回采應力影響，1207工作面與1208采空區之間保護煤柱出現局部變形破碎，工作面回采至540m處時1207工作面內出現出水現象，出水量為2.8m3/h，預計為1208采空區滲水。為了保證后期工作面安全回采，司馬礦對1208采空區采取探放水措施。

2 1208采空區探放水設計方案

2.1 探放水鉆場位置選擇

由于1208采空區與1207工作面位于+776m同一標高水平，決定在1207回風順槽內布置鉆場，共計布置四個探放水鉆場，分別位于里程牌560m（Ⅰ#）、760m（Ⅱ#）、960m（Ⅲ#）、1120m（Ⅳ#）（停采線位置）處。

2.2 探放水設備選擇

司馬礦1208采空區探放水時采用型號為ZYJ-380/210液壓架柱式回轉鉆機，鉆桿直徑為42mm，長度為1.5m，共計50根；75mm合金鉆頭，各4個；三翼合金擴孔鉆頭直徑為150mm，共計3個；孔口管直徑為108mm，長度為4m，共計3根；PKJW型封孔器、壓力表、閥門等。

2.3 鉆孔設計

（1）每個鉆場內共布置3個放水孔（1#、2#、3#），鉆孔平行布置，鉆孔間距為1.0m，鉆孔布置在1207回風順槽底板往上1.0m巷幫處，鉆孔深度為65m，其中1#鉆孔垂直煤壁布置，2#鉆孔與煤壁成3°仰角布置，3#鉆孔與巷幫成8°仰角布置，如圖表1所示。

表1 1208采空區探放水鉆孔設計參數

（2）探放水鉆孔施工時先施工上部孔，待上部鉆孔放水量不大時再施工中部孔，最后施工下部孔，鉆孔控制水位高度為9.0m，如圖1所示。每個鉆場探水施工完后在其前后50m范圍內施工3組檢驗孔，每組兩個鉆孔，分別位于底板往上1.0m及1.5m處，檢驗鉆孔施工后發現出水量及水壓未出現衰減時，必須在校驗鉆孔附近繼續布置鉆場施工鉆孔進行放水。

圖1 1207回風順槽探水鉆孔平、剖面示意圖（mm）

2.4 探水鉆孔封孔工藝

由于1207工作面回采煤層為3#石炭系煤層，煤層裂隙發育，為了防止放水期間發生突水事故，司馬礦對傳統水泥砂漿封孔工藝進行優化，決定采用封孔器、膨脹水泥及聚氨酯聯合進行封孔。

（1）首先導向鉆孔鉆進11.5m后停止繼續鉆進，采用直徑為150mm三翼擴孔鉆頭進行擴孔，擴孔深度為11m，擴孔后及時清理孔內煤屑并安裝孔口管，孔口管之間采用絲扣進行固定連接。

（2）孔口管安裝后采用注漿泵向孔口底部高壓注水膨脹水泥（主要由膨脹劑、固體速凝劑、水以及425#水泥等以1:1:5:5配比混合而成），封孔長度為1.0m。

（3）膨脹水泥對鉆孔底部封孔后及時在鉆孔內10m和2.0m處安裝PKJW型封孔器及柔模式封堵囊袋，實現封孔環形空間端頭封堵，如圖2所示。

（4）采用高壓注漿泵向封堵環形空間內高壓注射聚氨酯漿液，注漿壓力不得低于2MPa，高壓注漿后必須保證高壓漿液完全深入鉆孔周圍煤壁裂隙內，煤體出現漿液滲出時停止注漿。在鉆孔孔口往里1.0m范圍內繼續采用膨脹水泥進行封孔。

（5）鉆孔封孔6h后進行注水耐壓試驗，注水壓力不得低于1.5MPa，連續穩定高壓注水時間不得低于30min，耐壓試驗期間孔口管無竄動、煤壁無滲水等現象時確定為封孔有效。

圖2 1207工作面探訪鉆孔聯合封孔工藝施工平面示意圖

2.5 排水系統

（1）在1207回風順槽巷口處施工一個臨時水倉，水倉容積為20m3，在水倉內安裝兩臺55kW潛水泵，并通過排水管路與采區主水倉進行連接。

（2）在鉆場下方底板與煤壁處施工一個規格為長×寬×深=2.0×1.0×0.5m的臨時儲水池，采用直徑為200mm軟管將其與鉆孔法蘭盤連接，儲水池上方采用木板進行鋪蓋。

（3）在巷道底板施工一條規格為寬×深=0.3×0.3m排水溝將儲水池與臨時水倉連接，排水溝施工角度為3°，水溝上方鋪設水泥蓋板。

3 探放水安全技術措施

（1）探放水前必須對排水管路及排水設備進行排水試驗，及時清理水溝淤泥及雜物。

（2）鉆場附近安裝一部能夠直接通達地面調度室的通訊設備，安裝鉆具前應對鉆場頂板及煤壁支護情況進行檢查，并在鉆場前后2m處支設一排單體支柱，進一步加強鉆場頂板穩定性。

（3）鉆孔嚴格按照設計施工，放水過程中準確記錄放水量及水壓，初步估算積水區剩余水量。

（4）由于采空區內含有一定濃度有害氣體，放水期間在鉆場處安裝瓦斯、一氧化碳、二氧化碳監測裝置，放水期間嚴禁鉆場下風流行人、行車。

（5）在鉆孔期間出現卡鉆、頂鉆現象時必須立即停止鉆進，查明原因處理后方可繼續鉆進。鉆孔時出現瓦斯噴出必須立即停止鉆進及時采取瓦斯治理措施，嚴禁立即拔出鉆桿。

（6）為了防止放水期間巷道保護煤柱出現破碎、垮落現象，在鉆場前后5m范圍內架設“L”型工字鋼棚，具體施工方法如下：①“L”型鋼棚長邊長度為3.5m（巷道高度），短邊長度為1.5m，兩邊各焊制一個直徑為25mm圓孔；② 架設鋼棚時首先采用地錨將棚腿與底板固定，鋼棚兩邊采用兩根長度為1.0m，直徑為22mm螺紋鋼錨桿將鋼棚與巷幫及頂板進行錨固；③ 鋼棚架設后在鋼棚與巷幫間隙處填塞水泥背板，確保鋼棚對巷幫起到有效的支護作用，如圖3所示。

（7）鉆場鉆孔放水結束后，為防止有害氣體涌出，必須對廢棄鉆孔采用水泥砂漿進行封堵。

4 結束語

潞安集團司馬煤業公司1207工作面回采期間，對鄰近1208采空區采取合理有效的探放水設計及措施，通過對鉆孔放水觀測發現，每個鉆場1#鉆孔初始放水量為44m3/h，到鉆孔放水結束時衰減至0.8m3/h，水量衰減率為98%，其它鉆孔為淋水孔甚至為干孔狀態，四個鉆場共計放水量3814m3，1207工作面在后期回采期間未出現涌水現象，通過本次探放水施工消除了1208采空區水害威脅，取得了理想效果。

圖3 探水鉆場架設L型鋼棚斷面、平面示意圖（mm）