麥捷煤業15號煤采空積水較強區探放水方案研究

王 維

（晉能控股煤業集團麥捷煤業，山西 晉中 045400）

0 引言

防治水工作是礦井建設期間的一項重要工作，尤其是針對資源兼并重組礦井而言，其被整合的各個礦井開采時間長、水文地質資料匱缺、采空區積水區情況復雜，在2010年3月份，王家嶺煤礦因小窯老空區積水發生透水事故，事故造成巨大的經濟損失及人員傷亡，帶了巨大的負面影。因此，針對礦井建設期間采空區積水必須制定與之相適應的探放水方案，才可以保證礦井正常安全建設。

1 礦井基本情況

麥捷煤業為資源兼并重組礦井，井田位于壽陽縣城北解愁鄉榮家溝村東，批準開采3～15下號煤層，開采標高自1 279.95~719.94 m，生產規模0.90 Mt/a，2016年核定生產能力為1.50 Mt/a，礦區面積8.023 6 km2。礦井采用斜-立井混合開拓，共布置有主斜井（原主斜井）、副立井（新掘）、進風斜井（原副斜井）、管道立井（原回風立井）、回風立井（新掘）等5個井筒。礦井水文地質類型劃分為中等，屬高瓦斯礦井。

礦井可采煤層有8、9、12、15號煤層，全井田劃分為2個水平，輔助水平開采8號、9號煤層，主水平開采15號煤層。主水平標高+1 045m，輔助水平標高+1 090m。由于新換發采礦許可證要求暫不得開采12號煤層，故待12號煤層批準開采后，利用主水平開采12號煤層。礦井通風方式為中央分列式，主斜井、副立井、進風斜井、管道立井進風，回風立井回風。

礦井正常涌水量為40 m3/h，最大涌水量記錄為70 m3/h。副斜井底水倉為中央水倉，水倉容積500 m3，水泵房設110 kW的MD85-45×6型耐磨多級離心泵3臺，1用1備1檢修，由2趟4寸排水管排至礦井水處理站，管路排水能力為85 m3/h，沿副斜井敷設長550 m。主斜井底水倉為副水倉，水倉容積550 m3，水泵房設110 kW的MD85-45×6型耐磨多級離心泵3臺，1用1備1檢修，由1趟4寸排水管排至礦井水處理站，管路排水能力為85 m3/h，沿主斜井敷設。副立井井底布置主排水泵房及水倉，水倉容積3 500 m3，排水設備選用110 kW的MD85-45×6型耐磨多級離心泵3臺，1用1備1檢修；由2趟4寸排水管沿副立井井筒敷設至礦井水處理站。表1所示為礦建水倉、水泵及排水管路配備情況。

表1 麥捷礦水倉、水泵及排水管路配備情況表

2 采空區積水情況

麥捷煤業新建副斜井井底車場形成后，通過高密度電法勘探發現該處上部存在15號煤采空積水較強區,為解除井底車場上部15號煤層老空積水及隱患，需進行鉆探疏放該處15號煤層老空積水工程。15號煤采空積水較強區位于井田邊界西北角,東部與150108、150110工作面采空區相鄰。

石炭系太原組巖性主要由灰黑色泥巖、砂質泥巖、灰白色砂巖，由3～5層石灰巖及12層煤組成。本組砂巖為灰白-深灰色巖屑石英砂巖，成分以石英為主。本組含煤12層，其中8、9號煤層井田南部煤層穩定可采，8號煤平均厚度為1.71 m，9號煤平均厚度為1.44 m。本組與下伏地層呈整合接觸。根據現有資料顯示，瞬變電磁勘探為中等富水區。地質綜合柱狀圖顯示15號煤頂距8號煤底間距約80～90 m左右。二疊系山西組8、9號煤層開采范圍與8、9號煤層大小基本一致。由于8、9號煤層在該處沒有穩定可采和距離巷道約111～121 m左右，而15號煤層在該處穩定可采和距離巷道約21～41 m左右，預計水壓約1 MPa，則該處巷道主要受15號煤采空區積水威脅。預計巷道上部15號煤采空積水較強區積水面積為18 864 m2，積水量3 408 m3，如圖1所示。

圖1 15號煤采空積水較強區示意圖

由于15號煤層在回采后對煤層底板的破壞及與巷道之間隔水層厚度相對較薄，則15號煤采空積水將對下部的巷道不同程度帶來水患威脅，因此積極有效進行探放上覆15號煤層老空積水進行探放水工作是非常必要的。

3 探放水工程設計

由于15號煤層采空積水較強區臨近的150110已采工作面切眼處測量數據顯示煤層向北傾斜、順槽顯示煤層向南傾斜，位于150110已采工作面南部的150112已采工作面煤層向南傾斜，因此，15號煤采空積水較強區的東南部有可能比其它部分相對要高。

另外，因為15號煤采空積水較強區沒有15號煤層底板等高線，且最近的150110已采工作面煤層底板高度出現異常，因此，結合臨近的工作面煤層底板標高和井檢1鉆孔資料，巷道與15號煤層底板厚度為32 m；鉆孔終孔位置以過15號煤采空區后延伸至15號煤采空區法線方向10 m為終孔位置（該采空區依據相鄰工作面的煤層厚度在1.8 m左右，以煤層厚度1.8 m計算得垮落帶高度在10 m左右）。

如果15號煤采空積水較強區鉆探后沒水，需要驗證高密度電法勘探報告的結果，有必要時增加1~3個鉆孔探測8、9號煤層采空區。

3.1 鉆機參數

打鉆選用型號為ZYW-4000型全液壓型架柱式鉆機，鉆機功率為55 kW，鉆桿φ73 mm×1.5 m，鉆頭為φ75 mm的三翼合金鋼鉆頭。

3.2 鉆孔位置及鉆孔參數

根據《煤礦安全規程》以及相關的探放水規定，本次探放水工程設計，共布置2個地點，探放水鉆孔9個，探水地點布置在主水倉內，鉆探總工程量預計808 m。第1鉆場位于主水倉中間，設計5個探放孔；第2鉆場位于主水倉北部轉彎向南10 m處，設計4個探放孔。表2所示為15號煤采空積水較強區探放水鉆孔參數統計情況。

表2 15號煤采空積水較強區探放水鉆孔參數統計情況

圖2 所示為15號煤采空積水較強區探放水鉆孔布置平面示意圖。

圖2 15號煤采空積水較強區探放水鉆孔布置平面示意圖

3.3 孔口裝置及鉆孔要求

探放水鉆孔開孔孔徑為Φ94 mm，鉆進11m，隨下入Φ89 mm，套管10 m，然后用水泥將孔口管固定好或用聚氨酯化學固管，再用水泥封孔，注漿壓力不小于3 MPa，穩壓時間30 min以上，待凝固24 h后進行掃孔試壓，試壓壓力要大于3 MPa,或聚氨酯固管2 h后，確認孔口及周圍沒有漏水現象，試壓壓力大于3 MPa，然后孔口安裝高壓閥門（25 MPa）及孔口防噴裝置，更換為Ф75 mm的無芯鉆頭鉆進至終孔位置。施工中如遇構造等因素，孔徑視實際情況而變化。探放水鉆孔孔口裝置示意圖見圖3。

3.4 排水設備

預計單孔最大放水量約為20 m3/h，因此要安裝排水量大于30 m3/h的水泵2臺，1備1用（55 kW臥泵）及4寸排水管2趟，可滿足排水要求。在鉆孔施工過程中，根據施工鉆孔的涌水量情況，及時調整水泵。

排水路線為：放水孔→主水倉→井底車場→地面。

4 結 論

針對麥捷煤業15號煤采空積水較強區情況，嚴格按照上述探放水方案進行作業后，累計排水量約3 500 m3，各探放水鉆孔均無積水涌出情況，整個探放水期間未發生透水事故，充分保證了現場施工作業的安全性以及礦井建設的工期，為今后礦井大巷開掘施工創造了安全前提，對礦井大巷施工的防治水工作提供了借鑒作用。