頂部泄水孔施工技術在 煤礦采空區巷道淋水治理中的應用

文/柴茂嘉，義馬煤業（集團）孟津煤礦有限責任公司

1 引言

針對煤礦開采面積及深度的不斷增加，采空區積水成為影響煤炭安全生產的重大隱患，科學、合理有效的疏放采空區積水為防治采空區突水的關鍵。孟津煤礦屬于水文地質類型復雜型礦井，11011工作面2013年曾發生突水事故，最大突水量1780m3/h，持續時間一年，累計出水量1638萬m3。10采區軌道上山設計長度1749.9m，其中715～962m區段需沿11011工作面采空區軌道順槽底板下8～20m層位掘進。巷道在掘進至715～779.7m區段時頂板出現淋水,淋水量1～3m3/h，淋水來源于巷道上部原11011工作面采空區內的積水，解決巷道頂部淋水的關鍵是如何治理頂部采空區內的積水。經過不斷摸索和實驗，通過向巷道上部采空區內施工泄水鉆孔將采空區內的積水引流至巷道水溝內排出巷道，消除巷道頂部淋水及淋水對巷道支護材料的腐蝕，達到治理巷道頂部淋水的目的，從而掩護巷道安全掘進施工。

2 頂部泄水孔施工設計方案

2.1 頂部泄水孔施工布置

針對10采區軌道上山頂部淋水區域（715～779.7m段），在該區段采空區內共布置了3個泄水孔，3個泄水孔在1#鉆場內進行施工，鉆孔平面上以半扇形成組布置，設計剖面圖和平面圖詳見圖1、圖2。

2.2 頂部泄水孔施工參數確定

由于該采空區積水水壓小于0.1MPa，參照《煤礦防治水細則》中對老空水探查的規定要求進行確定，地質套管下設長度為10m。為保證泄水孔均勻布置在淋水區域內終孔間距經計算按21.6m進行選擇，泄水孔需打穿巷道頂板進入上部采空區內，終孔直徑Ф75m m，鉆孔編號由小到大、由近及遠的施工順序進行施工。詳細鉆孔設計參數見表1：

表1 頂部泄水孔設計參數表

3 頂部泄水孔施工技術

3.1 開孔

按照頂部泄水孔設計參數利用Ф127mm金剛石三翼鉆頭進行開孔，施工1m后孔口安裝瓦斯防噴裝置并通過抽放軟管與主抽放管路進行連接，防止采空區內有毒有害氣體涌出事故發生。

3.2 止水套管段施工技術

鉆孔鉆進長度超過止水套管設計長度2m后，向鉆孔內進行壓水沖孔，沖孔時間不低于30min，將孔內的沉積巖粉沖洗干凈。沖孔完成后按照設計長度進行止水套管下設工作，套管下至設計深度后用純水泥漿進行固管，固管漿液按照水灰比1：0.7～1:1.5、比重1.5～1.65進行配置，利用井下移動注漿泵吸漿并加壓到1MPa通過孔口注漿閥向孔內進行壓漿，待孔壁泄壓閥不再返清水后停止注漿，等待30分鐘后再次向孔內壓漿直至孔壁泄壓閥返稠漿，關閉注漿閘閥，注漿固管完成。

3.3 終孔段施工技術

頂部泄水孔采用Ф75mm金剛石三翼鉆頭進行終孔鉆進，終孔段施工鉆進前，在孔口瓦斯防噴裝置上加裝“兩通蓋板”，其中一個支管通過軟管與主抽放管路連接，以便對采空區內瓦斯及其他有毒有害氣體進行抽排；另一個支管經軟管延伸至巷道排水溝，以便對采空區內的積水進行引流。終孔段施工鉆進時每班必須有安檢員在頂部泄水孔施工地點進行現場監督，并有專職瓦檢員在現場對孔口空氣成分進行檢測，發現異常及時采取相關措施以確保鉆孔終孔段施工安全。

4 頂部泄水孔施工成果

3個頂部泄水孔均按照設計要求進行了施工，泄水1#孔在21m處進入采空區出水0.5m3/h直至終孔28m水量未見增加；泄水2#孔在終孔45m處進入采空區并出水1m3/h；泄水3#孔施工至終孔66m未見出水。詳細施工成果參數見表2：

表2 頂部泄水孔施工成果表

根據此次施工成果，泄水1#孔和泄水2#孔均在設計位置出水可作為巷道淋水治理泄水孔使用；泄水3#孔終孔位置在原11011工作面停采線附近進入了實體巖層且孔內未出水不能用作泄水鉆孔，對該孔采用純水泥漿（水灰比1:1），封孔注漿壓力1Mpa進行封孔。

5 頂部泄水孔成果應用及采空區巷道淋水治理效果

5.1 頂部泄水孔成果應用

此次頂部泄水孔鉆探成果泄水1#孔和泄水2#孔均探查到了采空區積水區域，通過地面加工“泄水孔孔口放水裝置”將兩個泄水鉆孔孔口進行連接，采空區內的有毒有害氣體經抽放管路接口處被抽出，采空區內的積水經泄水管路引流至巷道水溝排出。待泄水管路不再有水排出則表明巷道頂部采空區內積水放水完成，放水完成后分別對兩個泄水孔進行注漿封孔，先向孔內注入水泥和黏土混合漿，注漿擴散半徑按20m計算、注漿厚度按0.4m計算，每個鉆孔注混合漿約502.4m3，漿液比重按照1.22計算，單孔注漿干料量約150t，注水泥和黏土混合漿的目的是通過鉆孔漿液擴散封堵采空區底部淋水區域的裂隙而徹底堵上淋水通道。最終兩個鉆孔經掃孔后采用純水泥漿（水灰比1:1），封孔注漿壓力1Mpa進行封孔。

5.2 采空區巷道淋水治理效果

經過頂部泄水鉆孔對10采區軌道上山上部采空區內積水的引流和疏放，以及通過鉆孔注水泥和黏土混合漿的方式對淋水區域裂隙的封堵，使10采區軌道上山巷道頂部的淋水得到了徹底的治理，治理后巷道頂部不再淋水，效果十分顯著。

6 結論

1）應用結果表明，采用頂部泄水孔施工技術能夠有效的探查采空區內的積水情況、積水位置，探查成果較為明顯。

2）通過應用頂部泄水孔施工技術，對采空區內的積水經過泄水鉆孔進行引流，有效的治理了采空區巷道淋水的難題、解除了巷道的水患威脅、消除了淋水對巷道支護材料的腐蝕、保證了巷道的安全掘進。