烏茲別克沙爾貢煤礦W01運輸順槽老空水預測及探放技術研究

張 鵬

（中煤第七十一工程處有限責任公司）

沙爾貢煤礦現代化改造項目是中國政府提供優惠貸款支持建設的項目，是烏茲別克米爾濟約耶夫總統與習近平主席達成的重要經貿成果之一。沙爾貢煤礦項目是“一帶一路”上的精品工程、安全工程、放心工程，是烏茲別克斯坦第一個現代化礦井，是中國優勢產能和烏煤礦轉型升級的有機結合。作為烏茲別克斯坦第一個現代化礦井，烏國幾乎無成熟的防治水理論和可靠的老空水防治經驗。所以主要依靠國內的理論，技術和經驗進行老空水疏放工作。與國內煤礦老空水相比，裂隙水、灰巖水、鉆孔水、斷層水等發生重大事故的頻率大很多，因此，該礦老空水水害防治成為了重中之重。沙爾貢煤礦W01上覆采空區位置不準確、不詳細，給W01巷道掘進帶來了極大的安全隱患，相比較國內綜采工作面留下的采空區，疏放水難度更大。W01巖巷為本工程項目關鍵線路，準確鉆進采空區，快速疏放采空區積水，有利于安全生產和縮短工期［1-3］。

1 項目概況

沙爾貢煤礦位于烏茲別克斯坦共和國蘇爾漢河州薩雷阿西亞區沙爾貢市，該礦于1958年建成投產，采用多水平小階段爆破采煤法，年生產能力約4.5萬t。1991年烏茲別克斯坦獨立后，礦井生產能力逐步萎縮，目前井下處于停產狀態。按照烏茲別克斯坦政府的相關規劃，擬將沙爾貢煤礦原來年產16萬t的礦井改造為年產90萬t的礦井。

礦井單一開采煤層為M煤層，煤層賦存標高為+925~+2 200 m，煤層傾角為45°~48°，煤層厚度為3.85~13.68 m，平均7.57 m。

W01工作面運輸順槽屬于I上采區，位于中央塊段且和6#平硐貫通，設計長度為1 166 m，巷道外段K0+000～+312 m坡度為0°，K0+312～+488.6 m為8°。中央塊段開采水平+1 430 m處的最小涌水量為200~300 m3/h，最大涌水量為400 m3/h。中央塊段涌水量詳見表1。

2 水文地質

本井田共劃分6個含水層。單一開采煤層“M”煤層位于森加爾巖系含煤亞組夾層間，主要巖系厚度為24 m，其中粉砂巖、泥巖與煤為不透水層。地下水綜合體是裂隙巖層型，水力互聯為承壓型，巖層滲透系數為0.04 m/s，根據國內的標準，該巖層為強滲透性巖層。但是下部灰巖埋藏距離W01工作面運輸順槽較遠，發生灰巖水害和裂隙水害概率低。

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W01工作面運輸順槽K0+312～+571.6 m段上覆巖（煤）層共5個采空區和4條老巷，從上至下、從左至右依次編號1#采空區（平面面積為9 455 m2）、2#采空區（平面面積為3 277 m2）、3#采空區（平面面積為5 357 m2）、4#采空區（平面面積為4 554 m2）和5#采空區（平面面積為1 469 m2），采空區總面積為24 112 m2。其中1#、3#、4#和5#采空區通過老巷和+1 430 m西大巷相互貫通，+1 430 m西大巷的積水通過6#平硐自流出井。W01工作面運輸順槽K0+327～+511 m段巷道距采空區底板最小法線距離為17~25 m，老空區水害安全隱患較大（圖1）。

3 老空區積水面積計算和積水量預測

3.1 探放水“3線”確定

確定警戒線、探水線、積水線是老空區探放水工程的核心部分，其設計編制和工程實施都是圍繞這3線進行的。

本工程中W01工作面運輸順槽巷道北幫共5個回采區域，可以將探放水工程分為2個階段進行，鉆孔分組布置。

第一階段最靠近W01迎頭方向的老空巷道是確定積水線的關鍵，煤層傾角45°，巷道平均坡度16°，該巷道沒有名稱，為了后面敘述方便暫稱之為A巷道，A巷道為20多年的老空巷道，頂部與6#平硐的接口已經封閉，但是它與其他老巷貫通，可以通達+1 430 m西大巷，該巷道常年有水流出，平均涌水量為90 m3/h，最大為150 m3/h，這是確定積水最高點標高的關鍵。因為巷道坡度較大，不考慮中間起伏情況，可以將積水最高點標高定為+1 430 m，積水最低點標高定為+1 307 m，為巷道下山最低點。注意事項如下。

（1）誤把頂板標高當作積水邊緣。積水老空區中有一邊肯定是巷道的頂底板，但是具體是頂板還是底板，還要考慮巷道的具體位置、煤層傾伏。

（2）不清楚探水孔終孔標高與積水邊緣標高的關系。正常來講，探水孔終孔標高穿過老空區底板標高就行，即打透采空區底板，所以正常情況應當按照慣例繪制采空區巷道剖面圖，而非想當然的確定一個標高。

A巷道應該確定為底板，投影面向上，根據式（1）計算：

式中，L為平面投影長度，m；h為水頭值高差，m；α為煤層傾角。

確定了頂板上積水線，具體見圖2。正常外推積水線30 m和60 m分別確定為探水線和警戒線，與W01巷道分別相交于K0+280 m、K0+197 m處。

第二階段以直接和+1 430 m西大巷相連的巷道為界，該巷道也沒有名稱，為了后面敘述方便暫稱之為B巷道。因為巷道坡度較大，不考慮中間起伏情況，可以將積水最高點標高定為+1 430 m，積水最低點標高定為巷道下山最低點+1 340 m。第二階段的“3線”位置確定方法和第一階段一樣，正常外推積水線30 m和60 m分別確定為探水線和警戒線，與W01巷道分別相交于K0+415.6 m、K0+331 m處，具體見圖3。

3.2 積水面積和積水量計算

采空區積水面積就是積水線范圍內的面積，在AutoCAD圖上可以直接量出，第一階段積水面積為18 191 m2，第二階段為17 261 m2，總面積為35 452 m2。

采空區巷道積水量可以通過式（2）計算：

式中，W為積水量，m3；K為充水系數；M為煤層厚度，m；S為積水面積，m2。

充水系數按0.1考慮，則根據式（2），采空區第一階段積水量W1=16 724 m3，采空區第二階段積水量W2=16 724 m3，總積水量為W=32 593 m3。

3.3 采空區補給水情況

項目開工后，定期對6#平硐施工區+1 430 m水平東翼、西翼及6#平硐K0+960 m處的補給水量進行測定，實測數據詳見表2。

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4 鉆孔探放水

4.1 鉆孔及放水施工

（1）在W01運輸順槽掘進工作面探放上覆巖層老空水的關鍵是根據老空水的積水區確定鉆孔的落點。事實上，沙爾貢礦資料不詳，沒有巷道實測剖面圖和工作面采后底板實測平面等高線圖，不可能得出巷道中的低洼點，但是煤層傾角平均約為45°，因此，不考慮國內綜采面每個巷道有高低起伏及工作面上下兩巷之間對應的高低關系，所有采空區和老巷直接是聯通的，因此，可以簡單地認為是單斜構造。不考慮積水點多而且分散，只考慮水頭最低點為積水點。施工中W01運輸順槽掘進工作面第一階段第三組老空水探放孔及鉆場布置情況如表3及圖4所示。

（2）鉆場選擇。老空區積水點是探放水鉆孔的靶區，探放水鉆孔的鉆場無需修建專門的鉆窩，直接在W01運輸順槽迎頭打鉆，巷道寬為4.2 m，探放水期間鉆探設備不會影響巷道的通行，后路暢通［4-7］。

（3）鉆孔施工。+1 430 m西大巷和采空區貫通，常年涌水，有毒有害氣體基本溢出，所以采空區水不承壓，總水頭值=流速水頭+位置水頭+壓力水頭，據推算老空水的水頭值不小于1.1 MPa。根據預計水頭，開孔后下入長度為10 m的?108 mm地質套管，進行耐壓試驗，試驗壓力為1.5 MPa。

（4）控制性放水。揭露老空水后鉆具退出，在完成水壓、涌水量等測試工作后，要利用孔口閥門進行控制放水，水量大時要適當關小閥門，直至最后將水放干。掘進工作面距離臨時水倉142 m，放水孔可將水排入水溝，通過水溝流入水倉［8-10］。

老空水放水中經常會出現鉆孔堵塞現象，其原因是老空區底部泥質物會被老空水沖入鉆孔中，因此應當經常透孔，保證疏放質量［11-12］。

4.2 排水系統

（1）在W01運輸順槽K0+109 m處巷道南幫擬設臨時水倉，采用三級排水。采空區積水由工作面放水位置經巷道水溝自流至臨時水倉，再由臨時水倉抽排至6#平硐水溝自然流出。

（2）水倉容水量為200 m3，配備4臺BQS110-200/2-132/N型污水泵，揚程100 m，流量110 m3/h。從工作面流至臨時水倉途中設置3道沉淀系統以減少排水過程中清理淤泥難度。

（3）根據理論計算和實踐經驗確定?159 mm管道，最優排水速度為2~3 m/s，依據排水能力需要敷設2趟排水管路。

5 工程效果及后續工程建議

5.1 工程效果

W01運輸順槽工作面先后施工了3組探放水鉆孔，分別在K0+207 m，K0+251 m，K0+301 m處，共計完成12個鉆孔，K0+301 m處設計4個鉆孔，正在施工，目前來看，疏放特別困難，主要原因：①沙爾貢煤礦地質資料不準確，老空區位置很有可能不對；②打鉆人員經驗不足，多次因為埋套管長度不符合《煤礦防治水細則》要求，而不能正常鉆進。正常鉆孔偏斜太大，不符合要求；③到設計位置的鉆孔未穿透采空區。所以到目前為止沒有放出采空區水。

5.2 后續工程建議

根據采空區和+1 430 m西大巷聯通，而西大巷常年涌水量平均在90 m3/h，可以確定采空區是有水的。

（1）在K0+301 m處施工一個大角度鉆孔，穿過A巷道和B巷道，穿過前方采空區底板，盡量加大傾角，縮短鉆進距離，減小偏斜率，緩慢鉆進，提高鉆孔質量。為了后續鉆孔的布置，以打透采空區底板為準，先施工1#孔，根據具體穿透采空區底板時鉆孔長度，調整下面的鉆孔布置，具體見圖5。

（2）牢記防治水“十六字方針”，高度重視安全，嚴格按照《煤礦防治水細則》要求工作。

6 結 語

（1）無法確定低洼點的大角度采空區，可以按照單斜構造考慮，嚴格按照《煤礦防治水細則》要求設計鉆孔。

（2）巷道掘進工程中，實時記錄繪制大巷底板剖面圖和工作面底板等高線平面圖，為后續工程提供詳細的地質資料，保障安全，節約工期。

（3）在巷道寬度足夠保證后路暢通的情況下，探放水孔的鉆場應當利用迎頭，減少掘進工程量。

（4）老空水疏放中容易堵孔，多透孔，認真記錄水壓值和涌水量，作為后期判斷是否疏干的證據，盡量在水頭值低的地方布密孔，以防疏放盲區。

（5）有條件時可通過臨時水溝，將探放水鉆孔所疏放的老空水直接引至臨時水倉，安全文明施工，保障井工生產條件。

（收稿日期2020-12-03）

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