煤礦深井軟煤層復雜條件下老空水疏放實踐

秦道霞 丁強

摘 要：該文從陳蠻莊煤礦深井大傾角軟煤層復雜地質條件疏放典型的“高調”老空水入手，詳細分析了放水特點及面臨的問題，并從老空水調查、鉆探設計優化及放水過程監測管控上制定了有效的解決辦法，防范了老空水疏放過程中事故的發生，解決了深井“三軟煤層”大傾角疏放老空水問題。

關鍵詞：大傾角;軟煤層;老空水;治理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.06.074

老空積水具有分散、孤立和隱蔽的特點，在空間上具動態性，靜水為主、動水補給，面積、水位、水量隨時間變化。這些特點讓老空水空間分布形態難以判斷，積水邊緣、形狀無規律可循。尤其大傾角上山探水具有放水管控難度大，易釀成事故風險，放水過程一旦失控大量積水突然涌出，極易造成人員傷亡，對生命財產造成難以估量的損失。陳蠻莊煤主采煤層3煤，煤層厚度0.9～6.5m，平均3.3m，煤層傾角26～44°，為全國典型的大傾角“三軟煤”開采礦井，在疏放老空水過程中受大傾角，高應力、“三軟煤層”等特殊地質條件影響，放水過程管控難度大，易釀成事故;而3402切眼探放老空水正好解決了同類老空水探放治理問題。

1 工作面概況

1.1 采空區積水分析

3402工作面，煤厚平均3.1m，煤層傾角在25°～39°之間，平均32°。采空區積水來源主要為頂板砂巖水和部分生產用水，取水化驗，水樣Ca2+ ，SO42-含量高，鉆孔水量最終穩定在3.0m?/h，表明3402采空區積水也可能受底板灰巖水補給。

通過對施工鉆孔水位監測，分析測得老空水積水標高為-971.8.m～ -995.2m，預計平面積17179.0m?，積水面積：32660.9m?，充水系數取0.3，預計積水量：54307.5m?。由于3402膠帶順槽里段導線點C26存在高點（標高-983.4m），使得積水在此標高以下形成分水嶺，里部部分積水無法放出，實際放出37596m?。

1.2 3404切眼放水特點

3404切眼探放老空水為一典型大傾角軟煤層（巷道傾角28°）上山探放水案例，上山探水具有放水管控難度大、事故風險大、探放施工“三大一軟”的特點;“三大”指：一是積水面積大，積水長度1200m，面積32660.9m?;二是積水量大，總積水量為54307.5m?，由于空間起伏結構，可放出水量38000m?，并且具有動水水源補給;三是受采深大影響，圍巖應力大，施工地點易發生煤炮，鉆孔受應力影響塌孔嚴重或放水失控。“一軟”指：煤層及頂底板巖石軟，煤層力學實驗普氏硬度系數p=0.18，頂底板均為泥巖粉砂巖，且透點位置位于兩斷層形成地塹內（圖1），放水鉆孔施工難度大，易塌孔，嚴重影響放水效率。

2 放水前安全管控

放水前對老空區積水量估算結合時間、空間聯通關系和補給水源等因素，全面完整，確保估算接近實際，能夠指導生產，制定相關措施，一是大量積水探放水要形成兩套直徑108mm管路的排水系統，準備2部以上鉆機。[1]二是設計要合理，鉆場準備要充分，施工管控力度要合適。從這些方面提高鉆孔準確度，提高成孔率，從而達到探放積水，消除水害的目的。

3 探放水技術優化

煤層同層探放水鉆孔經常出現堵孔、塌孔、出水不暢等現象，探放水鉆孔達不到鉆孔設計要求。因此，要讓鉆孔布孔到位，鉆孔施工工藝科學合理。

3.1 鉆孔布設優化

以往探放水只考慮在水平空間上布置鉆孔，然而受老空區冒落后巖石分布不規則，并非所有鉆孔穿透老空后都可以放出積水，結果施工鉆孔多，有效鉆孔少，不但造成放水效率低下，反而因為煤層中施工鉆孔過多，造成煤壁松散，在空間上不能形成堅固、完整的泄水鉆孔，煤壁松散嚴重時還會導致潰水事故。為此，需對探放水鉆孔布置進行優化。[2]

優化鉆孔布設主要體現在：一是做到先平面施工找富水強的區域，再圍繞富水區域上下布設鉆孔，疏放受該區段積水。并非所有鉆孔透老空后可以放出積水，因此當一個鉆孔透老空區，出水水量較大時，表明此鉆孔透點區域空間較大、水流暢通，后期施工鉆孔要圍繞此鉆孔上下扇形布設，力求達到預期放水目的。

3.2 鉆孔結構及鉆進工藝優化

鉆孔結構方面：要充分考慮到放水過程中保護孔壁問題，有條件的情況下要全程下套管，可以采用加工φ94mm合金鉆頭，利用加工后的鉆頭嵌在套管上，下套管時，與后部接管一起，直接施工至老空區，克服了鉆孔塌孔、下套管難的困難，再通過后期疏通鉆孔，達到了預期效果。

鉆孔施工方面：有效控制鉆進速度，鉆孔鉆進過程中使用靜壓水等有效手段，提高鉆孔精度及成功率。

4 監測管控

施工放水期間，2個鉆孔終孔水量少，水壓上升，由于使用的機械表靈敏度差，讓真實水位觀測不夠準確，未達到依水位預計剩余積水量的目的。另一方面，在放水效果不好的情況下，專業人員在如何摸清補給水源、補給量的多少這2個問題上，未及時對該區老空水水質進行收取化驗，沒有及時查清補給來源。由此地測專業對探放水工作監測管控方面也做了工作。

4.1 放水過程時刻監測

水位監測：鉆孔放水前僅僅是對水位進行了估算，放水過程中水位與水壓的變化情況時刻檢測，可以在放水過程中時刻掌握老空水剩余積水量，同時也可以分析老空水是否存在動態補給，便于制定下一步方案，3404切眼放水期間采用了山東科瑞特公司生產的小量程水壓動態監測儀，同時在排水管路中安設了流量表時刻監測放出水量，通過這些手段，收集了數據，處理得出水量-水壓折線圖（圖2），在放水過程管控中起到了關鍵作用。[3]

水質監測：針對老空水水質特征及來源問題，分別取了3404鉆孔水、西翼軌道三灰水、煤層頂板砂巖水及煤層底板砂巖水水樣進行了化驗對比（圖3），通過對比分析，認為3402工作面老空水具有高硫酸根，高鈣離子弱酸性特征，對比其他分析受底板三灰水動態補給可能性較大。

4.2 放水后期監測

在前期老空水疏放完成，安全掘進過后，依然要對3404切眼上部有水鉆孔進行監控分析，為3404工作面的安面、回采提供安全保障，這項工作也是必不可少的。

5小結

3404切眼上山掘進期間，由于受上部3402工作面老空積水威脅，按規定進行了探放。前期因現場水文地質條件復雜，人員缺少放水經驗，加上初期現場準備不足等原因致使老空水探放出現一定困難，但后期通過對加大施工地點安全管控力度，對鉆孔套管結構進行改造，施工工藝進行優化，對放水過程水位、水量及水質在線監測分析等措施，取得了良好的放水效果，實現了老空水疏放，安全掘進，安全生產的目標。

參考文獻：

[1]胡潤華.“三軟”煤層采空區積水探放技術研究[J].時代報告：學術版，2015（11）：230.

[2]裴宏.淺析老空區探放水技術[J].山東煤炭科技，2014（12）：173-174.

[3]鄧慶鵬，張迎軍，耿佳柱.安全高效探放水技術在礦井老空水治理中的應用[J].科技信息，2014（06）：45-50.