西銘礦42208工作面探放水方案及效果淺析

張富強(qiáng)

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

1 西銘礦概況

山西西山煤電股份有限公司西銘礦（全文簡稱西銘礦）隸屬于山西焦煤西山煤電集團(tuán)，是現(xiàn)代化大型機(jī)械礦井。井田東西長約16.9 km，南北寬約4.2 km，面積35.0595 km2，開采煤層2號(hào)、3號(hào)、8號(hào)、9號(hào)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力360萬t/a，開采深度1010～1370 m，采用走向階梯平峒開拓方式生產(chǎn)原煤。

西銘礦水文地質(zhì)類型為中等。奧灰水水位最高標(biāo)高為+850 m，最低可采煤層（9號(hào)煤）底板最低標(biāo)高為+879 m，全部可采煤層不受奧灰水的威脅。西銘礦經(jīng)過60余年的開采，井下形成了大范圍的老空積水區(qū)，給同層及下部近距離煤層開采造成了很大影響。截止2020年底，西銘礦采空區(qū)積水面積保守預(yù)計(jì)有448萬m2，積水量300余萬m3。隨著開盤區(qū)域的擴(kuò)大和開采深度的延伸，采空區(qū)面積還在不斷增大，采空區(qū)積水量也在不斷增多。采空區(qū)范圍大、積水點(diǎn)多、面廣是現(xiàn)今及以后西銘礦井下積水的主要特點(diǎn)，也是影響采掘活動(dòng)的主要水害水源，因此井下探放水工程的重要性日益突出，做好井下探放水工作是礦井水害防治的重要舉措，也是礦井長治久安的重要保障[1-2]。

2 42208工作面概況

42208工作面井下位于西銘礦西十二盤區(qū)左翼，設(shè)計(jì)走向長583 m，傾斜長197 m。工作面地表為山谷地型，植被稀少，地表二疊系上統(tǒng)上石盒子組地層出露，局部為第四系黃土覆蓋。工作面東部地表有婁煩灘溝由南向北流過，其為季節(jié)性河流，雨季有水，平時(shí)干涸，無低洼積水。工作面蓋山厚度342～457 m，平均390 m，間距最小處位于婁煩灘溝底。

工作面上部有二疊系下統(tǒng)山西組砂巖弱含水層，含水性弱，揭露時(shí)僅局部有滴水，開采期間未發(fā)現(xiàn)有涌水現(xiàn)象。東部相鄰2號(hào)煤層西十盤區(qū)42022、42020工作面采空區(qū)（該區(qū)域?yàn)槲魇P區(qū)最低處），兩個(gè)工作面開采時(shí)間為2002年—2004年，該盤區(qū)于2013年開采完并關(guān)閉。根據(jù)開采期間工作面涌水量、蓋山厚度、地表水文及歷年降雨資料，初步預(yù)測采空區(qū)內(nèi)有積水25400 m3，對(duì)42208工作面的開采造成了影響。

工作面不受奧灰水影響；周邊無小煤窯破壞區(qū)，不受小窯積水影響；上覆砂巖含水層均為弱含水層，含水微弱，對(duì)工作面掘進(jìn)基本無影響。

綜上分析，工作面僅受相鄰采空區(qū)積水的影響，為確保42208工作面的安全開采，須對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行探放。

3 42208工作面探放水方案確定

3.1 探放水總體布局

由于工作面皮帶巷比軌道巷高16 m，且相鄰西十盤區(qū)采空積水區(qū)最低點(diǎn)位于該工作面軌道巷尾附近處（如下頁圖1），為確保施工安全，采取從高水頭向低水頭逐步探放的原則進(jìn)行探放水，確定工作面首先掘進(jìn)皮帶巷，在皮帶巷探水線處開始進(jìn)行探放水施工。

3.2 鉆孔布置

由于西十盤區(qū)采空區(qū)為西銘礦本礦的采空區(qū)，采空區(qū)范圍有可靠的圖紙做依據(jù)，根據(jù)我礦2號(hào)煤層堅(jiān)硬程度，將采空區(qū)積水線外推30 m作為探水線，探水線再外推30 m作為警戒線。

在皮帶巷探水線處布置第一組探放水孔，一組至少兩個(gè)，其中一個(gè)作為驗(yàn)證孔用，第二組鉆孔正對(duì)42022尾巷布置，第三、四組鉆孔均在5 m水頭（即0.05 MPa）處布置一組鉆孔，第五組鉆孔布置在切眼探水線處，第六組鉆孔正對(duì)42022盲巷布置，共計(jì)需要布置6組至少12個(gè)鉆孔（見圖1）。

圖1 42208工作面探放水鉆孔布置圖

3.3 排水系統(tǒng)

考慮到采空區(qū)預(yù)計(jì)積水量較大，為緩解2號(hào)煤生產(chǎn)銜接緊張的局面，盡量減小對(duì)掘進(jìn)的影響，同時(shí)綜合考慮排水設(shè)備的排水能力，設(shè)計(jì)工作面皮帶巷鋪設(shè)兩趟13.3 cm排水管（中間安裝流量表），安裝4臺(tái)高效泵，并設(shè)專人排水。

3.4 施工組織和安全技術(shù)措施

工作面探放水必須是專門的探放水隊(duì)伍用專用的探放水鉆機(jī)進(jìn)行施工，同時(shí)專業(yè)防治水技術(shù)人員必須現(xiàn)場跟班指導(dǎo)，按規(guī)定先下設(shè)套管再施工放水鉆孔。探放水施工前必須編制探放水專項(xiàng)技術(shù)措施和安全措施，在受水害影響區(qū)域施工的人員必須進(jìn)行班前會(huì)水害培訓(xùn),并現(xiàn)場熟悉避水災(zāi)路線。一旦該區(qū)域出現(xiàn)突發(fā)水害應(yīng)立即組織人員有序撤離。

4 探放水過程及效果

2020年6月14日皮帶巷掘進(jìn)至探水線時(shí)施工第一組鉆孔的第一個(gè)鉆孔K1。打透后水壓比預(yù)計(jì)的要大，經(jīng)現(xiàn)場測得該處水壓0.25 MPa，即該處的水頭高度是25 m，水壓表處該處的標(biāo)高為1089 m，計(jì)算出西十采空區(qū)積水的實(shí)際積水標(biāo)高為1114 m，比預(yù)計(jì)的積水標(biāo)高1095 m高19 m。根據(jù)實(shí)際積水標(biāo)高1114 m對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行了進(jìn)一步分析、估算，預(yù)計(jì)西十采空區(qū)的積水量為35萬m3，遠(yuǎn)大于初步預(yù)計(jì)的25400 m3。放水期間要用流量表統(tǒng)計(jì)放水量，定期監(jiān)測水頭高度，及時(shí)掌握、分析采空區(qū)積水變動(dòng)情況。在第一組放水孔完成放水任務(wù)后，組織掘進(jìn)施工，至第二組探放水孔處施工第二組探放水孔，依次類推至第六組探放水孔完成放水任務(wù)為止。施工第六組鉆孔時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆孔深度比設(shè)計(jì)的深度少5 m左右，經(jīng)過查閱以前的測量資料發(fā)現(xiàn)42022工作面的盲巷填圖時(shí)少填4.5 m。

整個(gè)探放水工程至11月2日圓滿結(jié)束，共計(jì)施工鉆孔12個(gè)，共計(jì)放水量180785 m3，比預(yù)計(jì)積水量35萬m3少169215 m3，經(jīng)對(duì)積水區(qū)進(jìn)一步研究分析，發(fā)現(xiàn)積水區(qū)內(nèi)有兩個(gè)低洼區(qū)，其標(biāo)高低于42208切眼標(biāo)高，經(jīng)估算兩個(gè)低洼區(qū)積水量有約19萬m3，剩余積水量和放水量之和為370785 m3，比預(yù)計(jì)積水量35萬m3多20785 m3，經(jīng)分析預(yù)計(jì)采空區(qū)還有5 m3/h左右的補(bǔ)給水，在后期對(duì)第六組鉆孔的持續(xù)監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)采空區(qū)積水的補(bǔ)給量在5～6 m3/h左右，驗(yàn)證了之前的判斷。

5 結(jié)論

1）工作面回采期間無淋滴水現(xiàn)象，不足以證明采完之后采空區(qū)內(nèi)補(bǔ)給水就小，采煤造成地表不同程度的裂縫、變形，甚至塌陷，后期必須對(duì)地表進(jìn)行仔細(xì)排查，掌握采空區(qū)地表裂縫、塌陷情況，以便更加準(zhǔn)確的預(yù)測采空區(qū)內(nèi)的積水情況。

2）在平時(shí)測量填圖中要制定制度，加強(qiáng)管理，小到巷道內(nèi)的硐室大到工作面的實(shí)際停采線都必須準(zhǔn)確填圖。在探放水設(shè)計(jì)時(shí)，為確保探放水的絕對(duì)安全，必須對(duì)采空范圍進(jìn)行再次核對(duì)分析，以避免出現(xiàn)采空邊界填圖不準(zhǔn)確，造成提前揭露采空區(qū)導(dǎo)致透水事故發(fā)生。

3）由于老空積水標(biāo)高和積水量在探放水前大多難以精確預(yù)計(jì)，所以應(yīng)該嚴(yán)格按照探放老空水規(guī)定留設(shè)探水線位置，不能抱有僥幸心理。在施工探放老空積水的第一個(gè)鉆孔時(shí)，要高度重視打鉆施工程序，尤其鉆孔封孔質(zhì)量要提高一個(gè)等級(jí)，同時(shí)要有水害應(yīng)急救援措施。

4）由于老空水水量、水壓難以精確預(yù)計(jì)，所以探放老空水時(shí)要綜合考慮工作面順槽的掘進(jìn)順序，應(yīng)做到從高水頭向低水頭進(jìn)行探放水施工安排。同時(shí)探放老空水對(duì)生產(chǎn)銜接的影響程度往往存在不確定因素，因此在生產(chǎn)銜接安排上要對(duì)探放水工作進(jìn)行充分的考慮，避免探放水與生產(chǎn)銜接之間出現(xiàn)矛盾。

5）目前老空區(qū)積水量預(yù)計(jì)還沒有一種準(zhǔn)確的預(yù)測方法，預(yù)測的積水量與實(shí)際積水量往往存在較大出入，存在著一定的誤導(dǎo)性，這在一定程度上增大了探放水的危險(xiǎn)性。因此，采空區(qū)積水量準(zhǔn)確預(yù)計(jì)還有待進(jìn)一步研究解決。