沿積水老空區快速掘進技術的研究與應用

王曉峰

（冀中能源峰峰集團辛安礦，河北邯鄲056200）

1 引言

辛安礦為水文地質條件極復雜礦井，11216采區為村莊煤柱下開采，依據11216采區開采設計，采用先跳采，后順采的開采順序，且11216采區工作面設計均為仰采，工作面回采后頂板砂巖水及采動用水均積存在老空區內。因此工作面跳采后，上下兩個順采工作面掘進期間，均面臨老空區積水的隱患，如何安全疏放老空區積水，保證安全快速掘進，將作為我礦近期的研究實踐課題。

2 巷道概況

①112161運煤巷沿大煤頂板掘進，斷面為斜矩形，巷道規格 4500×3400mm（寬×高），巷道平均坡度為-7°，采用錨網索+梯子梁聯合支護，綜掘工藝。

②112161運煤巷位于112162采空區上部，巷道掘至后期將進入112162采空區積水區域，面積為64768㎡，積水面標高為-503.5m，積水量約為86000m3，且112162采空區有動水補給，補給涌水量為10m3/h。112161運煤巷設計最低標高為-525m，積水區高差21.5m，掘進工程量200m。考慮到掘進期間安全，設計112161運煤巷與112162采空區之間凈煤柱為5m。根據辛安礦防治水科綜合分析，預計疏放水初始階段巷道標高每下降1.0m，需排水量為3000m3，后期會逐漸減少。

③在掘進期間，距離積水區域80m處施工安裝永久性的排水系統：做一個固定排水水窩，水窩規格6m×2m×2m（長×寬×深），安設兩臺55kw離心泵，兩臺75kw潛水泵。分別連接一趟4寸排水管，一趟6寸排水管，兩趟管路與216通風下山主排水管路連接，排至-500水倉，每臺水泵額定排水量60m3/h。

水泵電源采用雙回路供電，保證固定水泵能夠24小時正常運轉。

圖1 巷道布置圖

水窩處必須安排專人值守并懸掛警示標語，防止人員靠近水窩發生不測。水窩處安設專用電話聯系，確保通訊暢通。

看泵值守人員負責不定期清挖水窩中的淤泥及雜物清理，防止堵塞管路，影響排水。

3 技術方案比較

3.1 技術方案Ⅰ：掘進放水巷

在掘進進入積水區域前，垂直巷道下幫向老空區方向掘進放水巷，邊掘邊放老空區積水，放水巷摸大煤底板沿采空區掘進，巷道坡度-21°，每一個放水巷工程量30m，積水高度降低10.7m，需掘進放水巷2個，總工程量60m。

放水巷由于沿采空區掘進，采用炮掘工藝，使用U25箍支護，人工裝砟配合刮板運輸機運輸，掘進至設計位置后，在迎頭挖水窩，安設固定泵及排水管路，將采空區水位控制在安全位置后，方可掘進2161運煤巷，當掘進工作面底板標高達到放水巷控制標高后，再掘進第二個放水巷、循環進行。

3.2 方案Ⅱ

在進入積水區后，垂直掘進巷道下幫先打鉆疏放老空區積水，后掘進的施工方法。利用早班停頭打鉆疏放積水，保證老空區積水水位不超過巷道迎頭底板0.5m，中夜班正常掘進（鉆孔正常放水），每班2.5m，日進5m，保證停頭后老空區積水位不超過巷道迎頭底板1.2m。

①掘進期間每5m一循環，在巷道迎頭下幫做一個臨時放水水窩，水窩規格：2m×1m×1m（長×寬×深），臨時水窩中安設18.5Kw潛水泵一臺、75Kw潛水泵兩臺，將采空區積水排至后路固定水窩。

②水窩做成后，在水窩處距頂2.0m以下打設3個放水孔，間距不小于0.5m；放水孔傾角-30°～-45°，放水孔見老空區后繼續鉆進1m以上，放水鉆孔采用ZQSJ140/41風鉆，鉆桿Φ50mm，長度1m，Φ75mm鉆頭，每組安排3人負責打放水孔及疏孔工作。

放水孔必須安設放水節門或采取控制水量的木橛子，防止因水量突然增大無法控制，導致前頭工具及設備被水淹沒。

圖2 巷道下幫剖面圖

③在巷道兩個臨時水窩之間施工水位觀測孔，觀測孔距頂1.5，以此孔內水位為基準，向前頭找水位線，以此控制掘進進度，當迎頭底板距水位線超過1.0m時，停止掘進，每班由防治水技術人員以及施工單位技術人員現場測定水位標高。

3.3 兩個方案的比較

方案Ⅰ

優點：利用大功率水泵，將采空區積水一次排到控制標高，水位下降至安全位置后一次掘進距離長。

缺點：①掘進放水巷，揭露采空區后，有害氣體不明，采空區頂板破碎，支護困難。②掘進期間隨掘隨排水，迎頭時常有積水，施工支架難度增大，施工進度慢，掘進工期長，成本高。

方案Ⅱ

優點：施工工藝簡單易行，掘進工期短，成本低。

缺點：施工水窩多，移動設備多，放水量控制難度大。

3.4 經濟效益比較

方案Ⅰ：放水巷掘進總工程量60m，使用U25箍支護，棚距0.7m，日進1.4m，每米單價1萬元，共需資金60萬元。

巷道施工總工期58日。放水巷工期60/2.1=29日；運煤巷工期200/7=29日

方案Ⅱ：施工放水鉆孔及水窩早班施工人員10人，其他小班放水疏孔人員2人，每班共14人，共用資金40×14×300元=16.8萬元，運煤巷施工總工期40日。200/5=40日

經過以上比較，方案Ⅱ優于方案Ⅰ，節省資金43.2萬元，工期提前18天完成運煤巷掘進。因此，我們采用了方案Ⅱ進行采空區積水疏放的研究與實踐。

4 方案實施結果

疏放水工作共計40天，放水約85000m3，日放水最高2800m3，后期最低800m3，放水期間累計掘進210m,日進5.2m，達到了預期值。

5 避災措施

施工期間，發現頂板、煤壁淋水增大、空氣變冷、壓力增大、煤壁松軟等突水征兆時，施工人員應本著“人往高處走”的原則，按照避災路線迅速撤離災區并及時通知礦調度室及受水災影響地區。施工期間，瓦斯員必須在現場，防止因鉆孔排出的有害氣體危機施工人員安全，遇緊急情況，在班長帶領下撤離施工地區。

6 結論

通過112161運煤巷沿積水老空區掘進的實踐，大大提高了沿積水老空區掘巷的安全性，降低了掘進成本，疏放老空區積水操作簡單，掘進速度快，為我礦以后沿積水老空區掘進積累了寶貴的經驗。