綜掘工作面探放采空區水快速掘進之淺見

孟憲帥

摘要：山西古交西山義城煤業18103綜采工作面進風順槽沿8#煤層走向掘進，根據分析鄰近8#煤層采空區內有積水。根據積水情況及采掘銜接緊張現狀，采取了專門施工探放水鉆場和工作面迎頭物探、鉆探相結合的超前探放水措施，取得了較好的效果，此項工程是典型的探放水快速掘進工程實例，為老空水的防治及縮短施工工期提供了借鑒和幫助。

關鍵詞：礦井綜掘;鉆場;探放水

1 前言

山西古交西山義城煤業有限公司屬整合礦井，地處西山煤田西北邊緣地帶，礦井地質條件中等，地質構造較發育，斷層多，地表煤層出露，歷史上多被小窯開采，破壞嚴重，采空區老空巷多，積水積氣情況復雜。造成井巷工程施工難度大，巷道斷面、支護形式、長度變化較大，變更較多，采掘銜接一直緊張。如何更好地加快掘進速度，形成綜采工作面并在嚴格執行探放水工作的前提下，能夠盡快安全回采，一直是困擾該煤礦安全生產工作的重要問題。

2 18103進風順槽工作面概況及水害威脅情況

2.1 18103進風順槽工作面概況

18103進風順槽開口于軌道下山B點，沿8號煤層頂板施工、前進方位231°，設計直線長度364m。巷道的斷面4.0m寬、高度為3.0m，支護方式為全錨;四鄰井巷工程：北西面為18101工作面8號煤采空區（有積水）;南面為小窯破壞區;其余方面為8號煤實體。

本工作面處于一向斜構造，煤層傾角8-14°。南東面相距本巷道50m、100m左右分別平行分布有兩條落差10m左右的斷層F28（141°<72°）、F29（321°<60°）。18103進風順槽主要在8號煤層中掘進， 鄰近的鉆孔有 824#。

2.2 水害威脅情況

本工作面不屬于帶壓開采。

老（采）空積水是本井田最主要的水害威脅，9號、10號煤層均為實體。據調查0-364m段 8號煤層為實體，南西面鄰近臺盤礦破壞區8號煤為采空區，有積水;西北面鄰近18101工作面采空區，有積水。巷道施工中應充分考慮8號煤采空區的積水情況。據調查8號煤采空高度4.5m左右，為房柱式開采。本該工作面水文地質情況中等。預計工作面掘進期間正常涌水量4m3/h、最大涌水量15m3/h。煤層積水參數詳見下表：

3 18103綜采工作面進風順槽掘進過程中采取的探放水技術及對策

3.1 超前物探探測

委托西山煤電（集團）有限責任公司地質測量勘探中心物探院進行瞬變電磁法勘探，巷道從拐點+120m起、掘進時每50m進行一次物探，共進行8次物探，基本查明8號煤層前方及鄰近老空區異常區情況，進而為鉆探驗證提供了依據。

3.2 鉆探驗證

3.2.1 鉆場設計

由于本礦采掘銜接緊張，為了盡快使18103綜采面進行回采工作，設計在18103進風順槽內每隔50m在行人側施工一鉆場;斷面為2m深、4.5m寬*3m高的梯形、支護要求為全錨支護;水倉及沉淀池的容積為4m3、施工要求有安全柵欄與蓋板。

3.2.2 鉆孔設計

根據生產銜接結合積水情況與地質情況，需施工探放8號煤層老空積水的鉆孔。每個鉆場進行單獨的鉆孔設計。

鉆孔施工順序：由高向低探8號煤層積水，按序號先后進行施工;

固管方式、固管材料;孔口裝置采用長10.0m、直徑為109mm的有絲扣連接的無縫鋼管，在鋼管外側端頭用φ8mm鋼筋焊制兩個半圓環。在套管外側焊接一個配套法蘭盤并配備閘閥和水壓表。鉆探時孔口管必須固定固定牢固，采用錨桿加40*5扁鐵加花蘭螺絲固定不少于三道，不得用鐵絲固定，保證放水可控制（孔口裝置見附圖）。

單孔設計：有低阻區地段，開口段主要穿越巖層，鉆孔起始段0-10.0m;用直徑133 mm的鉆頭鉆進，然后安裝孔口裝置，安裝好孔口裝置后，采用85mm孔徑的鉆頭鉆進。

孔口裝置的安裝：用水泥砂漿使套管與圍巖固定，在鉆孔上下0.3m與套管成15°角穿過套管耳環各打一根2.0m的螺紋錨桿，并用托盤與螺絲將錨桿與套管固定牢固。

18103回風順槽此次探放8#煤老空積水采用鉆機型號為ZDY3200s型井下全液壓坑道鉆機，主要參數：額定轉矩3200N.m，立柱2.8-3.2m，鉆進深度200m（巖）。

3.2.3 鉆孔涌水量及放水時間預計

計算單孔涌水量（采用公式計算）：

其采空積水量可由下式估算：

W=K×M×S/cosα

W-采空積水量（m3）;K-采空的充水系數取0.3;M-采高或煤厚（m）取3.8;S-采空區水平投影面積（m2）取3823;α-煤層的傾角（度）取14°。

W=K×M×S/cosα=0.3×3.8×3823/cos15°=4511（m3）

另外下部原小窯空巷249m長，積水約2989m3，18101采空區及其下部空巷合計積水7500m3。

進行放水孔單孔涌水量預算：

q=πD2/4×√（2DgH/（λL+D））=3.14×（0.0852/4）×√（（2×0.085×9.8×34）/（0.025×127+0.085））=0.024m3/s=85m3/h

D-鉆孔直徑，m;g-重力加速度，m/s2;H-孔口以上水頭高度，m;λ-沿程阻力系數;L-鉆孔孔深，m。

計算探放水時間（滿足采掘銜接要求），根據涌水量及放水時間對排水系統提出要求。利用孔口閥門控制水量在50m3/h。預計放水延續時間為7500/50≈150（h）。只要打中主要積水區域，連續放水，可以在較短時間內放完水;如前面的孔出水小，要用鉆桿捅到底、防止放水中出現堵孔，施工后續鉆孔進一步疏放積水;直至全部放凈。

4 成果及經濟效益分析

本次探放的積水區為鄰近上山方向18101工作面采空區積水及鄰近原臺盤礦8號煤舊巷積水，預計積水量為7500m3，截至12月22日，共放水8962m3。本次鉆探施工76個孔，累計鉆探進尺5851m。本次鉆探9個孔見空涌水，所打通的巷道為18101工作面采空區及8#煤小窯巷道，目前本鉆場總放水量為3m3/h。實際放水量較大的原因，據分析主要是原小窯采空區估計的面積小了，所以預計的積水量偏小所致。大大加快了18103綜采工作面的準備時間，緩解了采掘銜接緊張的問題。

5 結語

該煤礦為整合礦井，地質條件復雜，采掘銜接一直緊張。本方案通過每50m增加施工一個鉆場，雖然增加了巷道施工量16m，但合理安排了鉆探位置，大大減少了探放水對綜掘工作面施工的影響時間，為盡快形成回采工作面及工作面安裝后及時安全回采創造了可觀的經濟效益和社會效益。對于大部分采掘銜接緊張的整合煤礦也有很大的借鑒價值。

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