云崗礦8409工作面采空區積水探放工程設計

白玉峰

（同煤集團云岡礦地測科，山西 大同 037017）

1 工作面地質概況

云崗礦位于山西省大同市西部，距大同市18km，井田面積58.3068km2。井田東與晉華宮井田、吳官屯井田及云崗石窟保護煤柱相鄰，南與煤峪口井田、忻州窯井田相鄰，西與姜家灣井田和四臺井田相鄰。

1.1 區域地質情況

（1）404盤區8#層8409工作面位于404盤區，東西方向布置，由東往西回采。（2）5409巷設計長1354m，規格為4.2m×2.8m；沿煤層頂板掘進。（3）8409工作面煤層厚度在1.2～1.6m之間，平均約1.4m，含1層0.1～0.3m的夾石。（4）8409工作面直接頂為深灰色或灰黑色砂質頁巖與粉細砂巖互層，厚度平均12.89m；局部含深灰色砂質頁巖偽頂，厚度平均1.16m；直接底為深灰色砂質頁巖與粉細砂巖互層，平均厚度13.89m。

1.2 工作面四鄰采掘情況

8409工作面地面位于南山住宅區（已搬遷）東部，十里河南部，東部和西部溝谷分布；井下西部為2409-1、5409-1巷，南部為8407工作面，北部為2411巷。

2 水患分析

2.1 上覆情況

上覆7#層為該礦8402～8422局部采空區，上覆3#層存在該礦8402～8420局部采空區，上覆2#層存在該礦8402～8430局部采空區；8#層與上覆7#層層間距約30～32m，與上覆3#層層間距平均80m，與上覆2#層層間距平均113m。根據煤層底板等高線圖及充水性圖分析，該區域上覆層均為西南高東北低趨勢，預計8409工作面上覆7#層采空區內局部低洼處存有積水。

預計積水量計算為：

式中：

W-老空積水量，m3；

M-采厚，m；

F-老空區水平面積，m2；

α-煤層傾角，（°）；

K-老空的充水系數，取0.3。

老空區積水對7#層底板壓強最大處計算為：

式中：

ρ-水的密度；

g-重力加速度；

h-底板最低處到水面高度。

2.2 同層情況

同層北部為8411工作面2411巷，西部為2409-1、5409-1巷，東部為十里河床保護煤柱；南部為8407采空區（1996～1997年采完），采空區內存有積水，預計積水量計算為：

式中：

W-老空積水量，m3；

M-采厚，m；

F-老空區水平面積，m2；

α-煤層傾角，（°）；

K-老空的充水系數，取0.3。

2.3 下伏情況

根據《云岡礦水文地質類型劃分報告》資料解釋結果，寒武灰巖巖溶水不會對開采造成威脅，不存在帶壓開采。

8#層8409工作面上覆7#層采空區和同層南部8407采空區內存有積水，必須提前進行探放。

3 探放水工程設計

為徹底疏干8#層8409工作面上覆7#、3#、2#層采空區積水和同層南部8407采空區積水，保證8409工作面的安全開采，依據《煤礦安全規程》、《煤礦防治水規定》及對本區水文地質情況的具體綜合分析研究，2016年由地質處鉆機隊施工，從地面向井下2409巷施工了一個地面放水孔，探測結果為：2#、3#、7#層均采空無水。

3.1 探上覆7#層井下放水孔設計

綜合考慮7#、3#、2#層煤層底板等高線圖及充水性圖，由于7#層為大冒頂開采， 3#、2#層采空區積水7#層采空區所蹬空，故決定下伏層2409巷、5409巷施工井下放水孔對上覆層相對低洼處進行探放。

1#孔（探上覆7#層，層間距約36m）：在8409切巷內（5409巷以南5.5m處）施工，方位185°，傾角45°，預計斜長48～53m見7#層采空區；目前已施工20m。2#孔（探上覆7#層，層間距約35m）：在5409巷（切巷以西18.5m處）施工，方位130°，傾角50 °，預計斜長42～48m見7#層采空區。3#孔（探上覆7#層，層間距約31m）：在2409巷內（22#測點東10m或23#測點西20m）施工，方位45°，傾角55°，預計斜長37～43m見7#層采空區。4#孔（探上覆7#層，層間距約33m）：在2409巷內（19#測點處施工），方位90°，傾角50°，預計斜長40～46m見7#層采空區。5#孔（探上覆7#層，層間距約31m）：在2409巷內（14#測點東30m或15#測點西17m）施工，方位0°，傾角50°，預計斜長37～43m見7#層采空區。6#孔（探上覆7#層，層間距約31m）：在2409巷內（21#測點東11m或24#測點西40m）施工，方位0°，傾角50°，預計斜長31～36m見7#層采空區。

3.2 探同層采空區井下放水孔設計

1#孔（探同層8407采空區，煤柱寬20.2m）：在2409巷內28#測點東10m處施工，方位180°，傾角+0.5°，預計孔深21m通。2#孔（探同層8407采空區，煤柱寬20.2m）：在2409巷26#測點東34m處施工，方位180°，傾角+0.5°，預計孔深21m通。3#孔（探同層8407采空區，煤柱寬20.2m）：在2409巷24#測點處施工，方位180°，傾角+0.5°，預計孔深21m通。4#孔（探同層8407采空區，煤柱寬20.2m）：在2409巷20#測點處施工，方位180°，傾角+0.5°，預計孔深21m通。5#孔（探同層8407采空區，煤柱寬20.2m）：在2409巷19#測點東17m處施工，方位180°，傾角+0.5°，預計孔深21m通。8409工作面井下和同層放水孔設計如圖1所示。

3.3 施工技術要求和鉆孔結構說明

鉆孔結構說明：開孔以57mm孔徑，在鉆進到終孔前10m時，換用108mm鉆頭進行擴孔，擴孔長度5m，用于安設止水套管。由專門配備的TUX-75型鉆機（鉆桿直徑57mm）進行施工。井下和同層放水孔單孔結構如圖2所示。

圖1 8409工作面井下和同層放水孔設計示意圖

圖2 井下和同層放水孔單孔結構示意圖

鉆進要求：鉆孔開口處5m必須用108mm鉆頭進行擴孔，以安裝孔口安全套管，并安設閘門，安設牢固后，要進行安全套管的耐壓試驗，合格后方可鉆進，并經常檢查。

4 排水及施工組織安排

排水路線：放水地點—8409切巷—2409或5409巷—2409-1或5409-1巷—2411巷—404盤區水倉—1030南大巷—中央水倉—地面。排水期限：開采前必須將采空積水疏放完畢，嚴禁頂水采煤。探放水工程施工組織安排：根據工作面生產接替時間，探放水工程施工由總工程師負責指揮，調度室、地質科、管路區、安監站配合，調度室負責整個放水工作的整體協調，地質科負責水量的測定和通孔位置的標定，管路區負責排水系統的建立，安監站負責排水工作的安全檢查，通過上述單位精心組織，確保回采前疏放完畢。

5 水害避災路線設計

當巷道探鉆地點發生突水或井下施工放水孔與上覆采空區探通水量較大，短時間無法控制危及作業人員安全時，要迅速組織人員撤退，路線為：放水地點—2409、5409或8409切巷—2409-1、5409-1巷—2411巷—404盤區水倉—1030南大巷—中央水倉—地面；放水地點—2409、5409或8409切巷—2409-1、5409-1巷—2411巷—502-2回—504-4回—504回—404風井—地面。

6 探放水設計測試分析

根據制定的探放水設計方案，選取8#煤層8407采空區進行排水測試。8#煤層8407采空區最低處積水面積為30776.77m2，預計積水量55013. 24m3。在該鉆場中，從放水鉆孔施工完成至放水測試結束，共放出3303采空區積水55087. 35m3。從實際測試結果分析可知，本設計在預計采空區積水量上具有較高的精確度，探放水鉆孔位置等設計合理，疏干了8#層8409工作面上覆7#、3#、2#層采空區積水和同層南部8407采空區積水，保證了8409工作面的安全開采。