忻峪煤業老空水探放技術研究與應用

徐磊

（潞安化工潞寧忻峪煤業有限公司，山西 寧武 036706）

1 工程概況

1.1 礦井地質條件

山西潞安集團潞寧忻峪煤業有限公司位于忻州市寧武縣，由5 個煤礦整合而成，主要可采煤層為侏羅系2、3 號煤層，生產能力為60 萬t/a。侏2號煤層為井田內大部可采穩定煤層，煤層平均總厚0.85 m。煤層頂底板巖性如圖1 所示。

1.2 礦井邊界條件

在井田北部、中部均有侏2 號煤層露頭分布，煤層埋深淺，煤層露頭附近分布有不同時期的私開小煤窯，現在雖全部徹底關停，并已全部填埋，但對區內侏2 號煤層部分資源已造成破壞。私開小煤窯在井田內外分布廣泛，大部分為斜井開拓，少數為立井開拓，巷道自井口一般延伸約100 m，最長可達150 m，采煤方法以掘代采，形成了大面積的采空區。部分小窯空區情況見表1。

2 水文地質條件分析

2.1 井田主要含水層

（1） 砂巖裂隙含水層。該含水層主要位于井田邊界的東側，巖性以中—細粒砂巖為主，巖層的平均厚度為6 m。井田西部距離寧靜向斜軸部1.5～5.5 km 處的裂隙水承壓，壓力較小，補給來源較少，水量小，含水性弱。據ZK201 孔J2d 抽水試驗資料，該層水位標高為1 712.253 m，涌水量為0.018 L/s，單位涌水量為0.000 239 L/s·m，滲透系數為0.21 m/d。

（2） 基巖風化帶裂隙含水層。該含水層在井田范圍內局部發育，由于受多個大地質構造的影響，井田范圍內多處發育有河谷，谷底海拔較低，地面巖層受風化的影響較大，巖層內各種裂隙發育。該含水層的主要補給水源為大氣降水，降水落到地面后，流向低谷。該含水層含水量小，富水性差。根據實測，最大流量低于0.5 L/s。據ZK201孔基巖風化帶抽水試驗資料，該層涌水量為0.281 L/s，單位涌水量為0.003 08 L/s·m。

圖1 2 號煤頂底板巖性Fig.1 Lithology of roof and floor of No.2 coal seam

表1 部分小窯空區統計Table 1 Statistics of goaf in some small kilns

2.2 井田主要隔水層

侏2 號煤層以下的隔水層主要是泥巖，主要發育在井田的北側和東側，平均厚度為120 m。泥巖的隔水性能較好，阻止了砂巖裂隙水向上移動。但在礦區內起控制作用的隔水巖層主要為侏羅系云崗組灰色泥巖，厚約200 m，層位穩定，遍布整個礦區。

2.3 地質構造與水文地質的關系

寧靜向斜是本區域最大的褶皺構造，長90 km，寬30 km。向斜軸走向北東—南西向，且北東端揚起。北西翼為蘆芽山系，傾向南東，傾角為15°～70°；南東翼為云中山，傾向北西，傾角為16°～68°。總的來看，從兩翼到軸心，巖層傾角由陡到緩，北西翼比南東翼巖層傾角大。受該向斜的影響，區域內發育有大量的斷層等地質構造，許多地下泉水出露，如紅土溝和饅頭山泉，還有東翼的任家村泉和杜家村泉等。在化北屯附近施工的部分鉆孔有涌水現象，如ZK1405 孔鉆進至400 m（大同組） 時突然涌水，涌水量可達6.983 L/s，水頭高度為13.85 m。因此區域地質構造對地下水儲存、運移起著主要控制作用。

2.4 涌水量計算

采用富水系數比擬法和地下水動力學法對侏2號煤層先期開采地段進行涌水量預算。

（1） 富水系數比擬法。該方法是計算礦井涌水量的一種常用方法，計算公式如下：

式中：Q 為礦井涌水量，m3/d；Kp- 為煤層富水系數，m3/d；P- 為礦井產量，t/d。

代入計算可得，侏2 號煤層預測的正常涌水量為334 m3/d，最大涌水量為535 m3/d。

（2） 地下水動力學法。

式中：M 為含水層總厚度，m；H 為靜止水位到疏干標高的距離，m；S 為水位降深，m；K 為滲透系數，m/d；R 為影響半徑，m；r0為引用半徑，m。

代入計算可得，開采侏2 號煤時的礦井涌水量為2 870 m3/d。

對比以上2 種方法計算結果，建議開采侏2 號煤時礦井正常涌水量可采用2 100 m3/d，最大礦井涌水量采用2 900 m3/d。

3 老空水探放技術研究

采用鉆孔探放、注漿堵水等多種方式對老空水進行治理。

3.1 鉆孔探放水

（1） 確定積水點。工作面掘進結束后，對順槽的底板標高進行實測，測點間距10 m。部分底板標高變化較大的區域測點間距取5 m。以此繪制實測的煤層底板等高線圖。根據此圖確定兩巷的最低點為老空區的積水點。

（2） 鉆場的確定。為盡量減小對工作面回采的影響，鉆場布置在工作面停采線以外，對巷道煤壁進行擴幫設置鉆孔，布置鉆探設備。

（3） 鉆孔施工。根據測算，老空水的水壓不大于1.0 MPa，確定鉆孔孔徑為146 mm，分三級套管，直徑分別為127、108、89 mm。

（4） 鉆孔封孔。各級套管均采用快硬硫鋁酸鹽水泥進行封孔。封孔結束24 h 后進行耐壓試驗，試驗壓力為3 MPa，打壓時間不小于20 min，如果出現漏水，則重新封孔，直至封孔合格。

3.3 其他老空水探放技術

（1） 淺部做截水巷技術。為減少淺部地下水向深部徑流，在井下有地表露頭的區域，留著一定寬度的防水保護煤柱，同時掘進1 條巷道作為專門的泄水巷，減少地表水向采區的流動。同時截流大氣降水和地表水對礦井水的補給，實行淺水淺排，能有效保證煤層露頭附近的開采。

（2） 注漿堵水技術。忻峪煤礦2 號煤底板含水層主要為砂巖，由于含水層附近地質構造和裂隙發育，在工作面回采的影響下，工作面底板與頂板的含水層之間容易發生水力聯系，在相鄰工作面回采時有可能造成突水。因此，在淺部截水巷內打鉆，對巷道掘進和工作面回采中揭露的破碎帶進行注漿加固，封堵充填其中的裂隙，增強底板巖層的隔水性能，保證工作面回采的安全。

（3） 布置泄水巷。工作面兩巷掘進時，在運輸巷布置泄水巷，每隔15 m 布置1 條，在泄水巷與運輸巷之間通過聯絡巷相連。在泄水巷內安裝排水泵和排水管路，工作面掘進和回采中的水可以集中到泄水巷中排出，保證正常的工作面生產。

（4） 設計防排水系統。在工作面和采區設計時，考慮建立1 套強排水系統，在采區泵房處增大安裝大流量的排水泵，建立從采區泵房到工作面、掘進頭的排水系統，確保可以將工作面回采和巷道掘進中的涌水及時快速的排出。

3.4 工程效果

侏2 號煤層工作面施工了12 個鉆孔探放水，放水量超過10 萬m3，基本疏干了工作面附近的老空水，工作面回采中未出現老空突水，僅部分地段出現了淋水，對工作面回采影響較小。

4 結 語

忻峪煤業有限公司侏2 煤層的礦井最大涌水量為2 900 m3/d，通過采用鉆孔探放水、截水巷、注漿堵水、泄水巷等措施對老空水進行了疏放，工作面回采中水量較小，實現了安全回采，為類似條件下的老空水治理提供參考。