正幫煤業(yè)防治水措施實踐與探討

趙海鵬

（山西汾西礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司地測處山西介休032000）

1 礦井概況

近幾年，煤礦老空水害事故頻頻發(fā)生，其原因：主要是以往小煤窯資料缺失，對小煤窯開采范圍、積水分布情況掌握不清，防治水措施落實不到位等原因。山西省多數(shù)煤礦受老空水威脅，小煤窯破壞嚴重、積水范圍、空間分布情況不明是防治水最大的困惑，增加了探放水工作量和難度，存在較大安全風(fēng)險，已成為威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要隱患。正幫煤業(yè)隸屬于山西焦煤汾西礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司，井田面積11.651 4 km2，批準開采4-11 號煤層，生產(chǎn)規(guī)模120 萬t/a，地形地貌屬黃土高原低山丘陵區(qū)，由3座煤礦整合而成，目前開采11號煤層，斷層、陷落柱較發(fā)育，一采區(qū)還存在古河流沖刷影響；礦井采用斜立井混合開拓方式，采用對拉長壁后退式開采，開采深度180 m～230 m左右。

2 區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)情況

正幫煤業(yè)井田位于霍西煤田的北部，靈石礦區(qū)西北部，汾孝礦區(qū)交子里精查勘探區(qū)的東南部，霍西煤田的北部，西有呂梁復(fù)式背斜，東有霍山背斜；井田構(gòu)造總體上向北東傾斜，在此基礎(chǔ)上呈褶曲組合構(gòu)造，發(fā)育有S1、S2、S3、S4、S5、S6背向斜褶曲，地層傾角3～14°，有斷層、陷落柱，但不影響采區(qū)合理劃分和采煤工作面連續(xù)推進。井田位于郭莊泉域東部邊緣，屬郭莊泉域徑流區(qū)，汾河水系，地表水不甚發(fā)育，各可采煤層的最低標高均高于奧灰水水位，奧灰水對煤層開采無威脅。

3 小煤窯破壞情況及分布特點

正幫煤業(yè)9號煤層直接頂板為K2灰?guī)r含水層，周邊礦井已多年開采下組煤，對太灰含水層進行了有效疏放，太原組灰?guī)r含水層富水性差，對煤層開采影響較小。正幫煤業(yè)由3座煤礦整合而成，開采時間較長，井田周邊還有7座關(guān)閉小煤窯，井田內(nèi)及周邊有27個小煤窯井筒，以前小煤窯越界開采情況較多，綜合分析在井田內(nèi)共有8處采空積水區(qū)，估算積水量為167萬m3，對正幫煤業(yè)安全生產(chǎn)造成嚴重威脅。9 號、10 號煤層破壞嚴重，11 號煤層存在空巷，據(jù)小煤窯調(diào)查資料和井下實際揭露情況，小煤窯采空區(qū)多以兩種形式出現(xiàn)。

3.1 網(wǎng)狀采空區(qū)

小煤窯主要以巷道形式進行回采（房柱式），破壞區(qū)巷道縱橫交錯呈網(wǎng)格狀，采空區(qū)以大量空巷形式存在，多數(shù)發(fā)生冒落，采空區(qū)覆巖沒有明顯裂隙或彎曲下沉現(xiàn)象，回采率低僅45%左右，原巖莊小煤窯采用這種方式；東西回風(fēng)大巷在掘進至N65點前28 m時開始揭露第一條巖莊10 號煤空巷，之后約每隔25 m～30 m 揭露一條，形成網(wǎng)狀采空區(qū)面積約1 801 536 m2，見下圖。

圖1 形成的網(wǎng)狀采空區(qū)

3.2 獨頭巷道采空區(qū)

這種形式的采空區(qū)一般開采規(guī)模較小，以巷道或掘進方式私挖亂采，沒有工作面設(shè)計，以9 號煤層為主，9號煤層頂板為K2灰?guī)r，便于頂板管理，巷道分布極不規(guī)律，當時為了排水常形成獨頭巷道，或者遇斷層、陷落柱時形成的獨頭廢巷等，回采率非常低僅達25%左右，形成破壞范圍約34 939 m2。例如11101 回風(fēng)順槽施工探巷揭露的9 號煤層采空巷道，經(jīng)偵查實測，一條主巷，5個獨頭，3個采場，見下圖。

圖2 9號煤層采空巷道

4 老空水防治技術(shù)路線及方案

（1）以綜合物探和鉆探驗證相結(jié)合，嚴格執(zhí)行“有掘必探、探掘分離”措施為主要手段。

（2）采用交叉掩護掘進的方式進行探放水，始終保持一條巷道超前探放水。采取“長、短探”相結(jié)合的探放水工藝，長探保障超前距及幫距，短探主要是加密鉆孔進行驗證，以保證不漏掉小窯空巷。

（3）經(jīng)對地面廢棄井筒、老空水資料反復(fù)進行排查、核實和地面物探相結(jié)合，廢棄井筒必須用全站儀精準實測，初步分析確定老空區(qū)范圍、積水重點區(qū)域。

（4）針對小煤窯破壞區(qū)內(nèi)的斷層、陷落柱、物探異常區(qū)等變化地段按積水區(qū)對待，重點進行探測。

（5）對見采空區(qū)鉆孔、出水鉆孔、地質(zhì)構(gòu)造異常鉆孔進行測井分析，實現(xiàn)“一孔一視頻”管理。

5 老空水防治措施

5.1 排查、核實和搜集小煤窯資料

（1）由專人負責(zé)調(diào)查，老空區(qū)及廢棄井筒調(diào)查做為礦井地質(zhì)工作的重要組成部分來進行管理和考核，全面搜集、整理、分析調(diào)查成果，完善相關(guān)圖紙及臺賬，編制專項小煤窯調(diào)查成果報告，每季度進行一次，雨季期間增加調(diào)查次數(shù)。重點調(diào)查、核實井筒的落底層位、充填情況，小窯建井和關(guān)閉時間、開采煤層、積水位置，并對所有廢棄井筒的位置利用全站儀進行精準測量。

（2）對各時期的老窯或采空積水區(qū)實行“三線”管理，對所有非本礦開采形成的老窯積水區(qū)的探水線外推距離不得小于300 m，采掘活動在接近探水線時必須嚴格執(zhí)行《煤礦防治水細則》第43、44 條和《山西省煤礦老空水害防治工作規(guī)定》要求。

（3）小煤窯調(diào)查內(nèi)容、臺賬、圖紙實行“三統(tǒng)一”管理，對調(diào)查和井巷揭露的空巷及時上圖不斷更新完善。

5.2 地面物探探測

地面物探主要采用瞬變電磁法。總體上看，地面瞬變電磁探測對大的積水區(qū)能夠反應(yīng)出低阻異常；2019年4月對二采區(qū)進行了地面物探，圈定4 個低阻異常區(qū)，同時對地面物探解釋的采空及采空積水異常區(qū)施工5 個驗證鉆孔，其中2 個鉆孔見采空，其余3 個鉆孔有可能打到煤柱，下一步有待井下進行驗證。

5.3 井下物探探測

井下物探采用兩種方法進行超前探測，相互驗證，以瞬變電磁探測為主，查清采掘工作面及周邊老空水、含水層富水性及其地質(zhì)構(gòu)造等情況。

（1）一種使用YCS40（A）型礦用瞬變電磁儀，對掘進工作面進行超前探測，常規(guī)探測5個方向：頂板10°、頂板20°、頂板30°、順層0°、底板-10°，每個探測方向12個點，共60個物理點，疊加參數(shù)設(shè)置為64次。在東西輔運大巷J27點前161 m,超前探測存在低阻異常，見圖3；經(jīng)鉆探驗證，累計疏放積水約1.3萬m3。

圖3 超前探測

（2）另一種使用YD32（A）直流電超前探測，供電電極A1、A2、A3 間距為4 m，A1 距迎頭約4 m，接收電極M、N間距為4 m。在主運大巷P19點前6 m處，超前探測存在低阻異常，見下圖；經(jīng)鉆探驗證和巷道揭露，在P19點前35 m、47 m處分別揭露小窯空巷，空巷內(nèi)無大面積積水，積水深0.3 m，巷道頂板垮落嚴重。

圖4 超前探測

5.4 井下鉆探工程

掘進期間以鉆探為主，嚴格執(zhí)行“物探先行、鉆探驗證”綜合探測程序和“長、短探”相結(jié)合的探放水工藝。根據(jù)老空區(qū)調(diào)查資料、地面和井下物探成果，確定探放水的重點位置，根據(jù)煤層結(jié)構(gòu)特點和相鄰工作面揭露空巷情況確定探放水的重點層位。11 號煤平均厚3.1 m，10 號煤平均厚1.2 m，9 號煤平均厚1.5 m，11號煤與10號煤的層間距平均3.5 m，10號煤與9號煤的層間距平均3 m；根據(jù)調(diào)查資料，9號、10號煤層破壞嚴重，11 號煤層存在空巷。巷道沿11 號煤層頂板掘進，工作面超前鉆探采取“長、短探”相結(jié)合的方式布置，長探設(shè)計12 個鉆孔，11 號煤長探孔原則上布置5 個鉆孔，上部9號、10號煤層7個鉆孔，上部鉆孔終孔打到9號煤層頂板K2灰?guī)r，詳見下圖。

圖5 鉆孔設(shè)計圖

短探鉆孔8個，順層方向3個，頂板方向5個，短探鉆孔必須在長探鉆孔允許掘進距離內(nèi)施工，布置于長探孔之間或外側(cè)，“短探”鉆孔在每天檢修班施工，短探超前距不得小于5 m；對9號、10號煤層充分利用其層間距，采取高角度短距離分段探測，上、下山巷道或?qū)娱g距發(fā)生變化采用不同的分段長度。

當井下物探成果存在低阻異常時，針對低阻異常區(qū)結(jié)合水文地質(zhì)條件，制定專項探放水設(shè)計，加密鉆孔進行驗證。

斷層、陷落柱附近往往是老空水多發(fā)部位，因小煤窯在掘進期間遇斷層或陷落柱往往停掘而形成獨頭積水巷道，或因斷層上下移動而改變層位，巷道遇地質(zhì)變化，綜合分析巷道所在層位和可能積水巷道的空間關(guān)系，制定專項探放水設(shè)計加密鉆探驗證。對特殊地段的探放水作業(yè)，地測部門領(lǐng)導(dǎo)親自跟班，確保探放水質(zhì)量。

6 深刻汲取水害事故教訓(xùn)，加強防治水工作管理

老空水防治除嚴格落實防治水措施外，還應(yīng)加強防治水工作管理，踏踏實實做好以下5個方面。

（1）定期組織礦中層干部和技術(shù)人員培訓(xùn)學(xué)習(xí)，逐步提升管理技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平和處置水災(zāi)的應(yīng)急能力，因制定和落實措施均有管理人員執(zhí)行，人員管理應(yīng)放到第一位。把全員防治水知識培訓(xùn)、水害事故案例的學(xué)習(xí)教育、透水征兆知識的培訓(xùn)和水害應(yīng)急演練等作為礦井防治水工作的一部分，長期開展下去。

（2）深刻汲取水害事故教訓(xùn)，用水害事故教訓(xùn)典型案例時刻提醒自己，警鐘長鳴。

（3）必須克服僥幸心理和麻痹思想。存在老空水威脅的區(qū)域踏踏實實將探放水工作做細、做實（物探、鉆探），若心存僥幸，則可能釀成惡果；老空區(qū)充水條件非常復(fù)雜，小窯采掘?qū)游弧⑾锏啦贾眉熬猜涞讓游徊磺澹瑹o圖紙、無資料，導(dǎo)致防治水工作難度大，風(fēng)險程度高，當接近小窯采空區(qū)時，要不折不扣執(zhí)行“有掘必探”，決不能心存僥幸。

（4）嚴把探放水鉆孔設(shè)計、施工、有效進尺驗收及允許掘進通知單下發(fā)關(guān)，落實“三方”領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任，設(shè)計由礦總工程師負責(zé)，施工由生產(chǎn)礦長負責(zé)，驗收由安全礦長負責(zé)，未下發(fā)允許掘進通知單嚴禁施工。

（5）做好采掘工作面水文地質(zhì)情況分析（評價）工作，對各時期的老窯或采空積水區(qū)實行“三線”管理，對老空水推行四步工作法“一查全、二探清、三放凈、四驗準”，隱患未查明、水害未消除嚴禁施工。

7 結(jié)語

受老空水威脅的礦井小窯巷道布置錯綜復(fù)雜，毫無規(guī)律可循，采取多種有效手段探測，可防止水害事故發(fā)生。嚴格落實“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的綜合防治水措施，在開掘工作面要求物、鉆探全覆蓋，在開采厚煤層且受小煤窯破壞區(qū)域?qū)嵭小伴L、短探”相結(jié)合探放水工藝，在部分工作面采取“物探+鉆探+巷探”等多種手段，在實踐過程中是有必要的，在嚴格落實措施的情況下，可確保工作面安全生產(chǎn)。