特近層間距下分層掘進(jìn)工作面水害防治技術(shù)研究

馬 軍

(國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司大柳塔煤礦，陜西 榆林 719315)

0 引言

大柳塔煤礦活雞兔井12煤復(fù)合區(qū)煤層厚度9.63～10.35 m，平均煤厚10 m，采用分層開采，上分層4 m厚度已回采完畢，下分層剩余的6 m煤厚采用放頂煤開采，下分層巷道沿煤層底板掘進(jìn)。由于上分層采空區(qū)低凹段存在大量積水，對(duì)下分層掘進(jìn)工作面構(gòu)成水害威脅，因此在掘進(jìn)過(guò)程中必須采取有效技術(shù)手段對(duì)上覆采空區(qū)積水進(jìn)行處理。大柳塔煤礦采取了超前研究上覆采空區(qū)積水范圍和水量、施工鉆孔泄放采空區(qū)積水和加強(qiáng)排水系統(tǒng)管理等方法[1-4]，取得了很好的管控效果，確保了掘進(jìn)安全。文中以活雞兔井12煤復(fù)合區(qū)首采面12下202工作面為例，對(duì)特近層間距下分層掘進(jìn)工作面水害防治技術(shù)進(jìn)行介紹。

1 巷道布置

12下202面為12煤復(fù)合區(qū)首采工作面，其上覆12上202綜采面已于2005年回采完畢，12上202工作面切眼長(zhǎng)度232 m，推進(jìn)長(zhǎng)度1 031 m。12下202綜放面布置于12上202綜采面采空區(qū)下方，巷道采用外錯(cuò)式布置，即下分層綜放面的順槽、切眼、回撤通道都布置在實(shí)體煤柱內(nèi)，全部巷道沿煤層底板掘進(jìn)，12下202工作面切眼長(zhǎng)度249.8 m，推進(jìn)長(zhǎng)度1 124.5 m，巷道布置示意圖如圖1所示，上、下層巷道布置剖面示意圖如圖2所示。

圖1 活雞兔井12下202綜放工作面巷道布置示意Fig.1 Layout of the roadway in 12-202 fully mechanized caving face of Huojitujing Mine

圖2 下分層工作面外錯(cuò)式布置剖面示意Fig.2 External staggered layout section of lower layered working face

2 工作面掘進(jìn)過(guò)程中的水害分析

根據(jù)該掘進(jìn)區(qū)域水文地質(zhì)條件，12下202綜放面巷道掘進(jìn)期間防治水災(zāi)的主要水源為上分層12上202和12上204綜采采空區(qū)低凹區(qū)積水。工作面順槽與上分層聯(lián)巷層間距為1.47～3.14 m，掘進(jìn)工作面頂板為煤層，由于層間距較薄預(yù)計(jì)工作面淋水較大，尤其是在過(guò)上分層聯(lián)巷位置附近有低洼點(diǎn)時(shí)，掘進(jìn)過(guò)程中一旦與上分層貫通，上分層低洼段積水將涌入工作面形成水害。

3 掘進(jìn)工作面水災(zāi)預(yù)防技術(shù)

針對(duì)上覆采空區(qū)積水，主要采取細(xì)致研究積水范圍和水量、合理泄放上覆積水、保證排水系統(tǒng)可靠和做好應(yīng)急處置等主要預(yù)防技術(shù)[5-10]。

3.1 超前研究上覆采空區(qū)積水范圍和水量

通過(guò)認(rèn)真研究12上202順槽剖面和底板等高線，得出12上202面采空區(qū)底板高程整體趨勢(shì)為：12上202回順高于202運(yùn)順，切眼高于回撤通道，確定上覆采空區(qū)主要積水區(qū)域位于12上202運(yùn)順側(cè)，通過(guò)研究得出以下低凹區(qū)域，具體位置和水量預(yù)測(cè)見表1。

表1 12上202采空區(qū)主要低凹點(diǎn)水量預(yù)測(cè)(充水系數(shù)按0.3計(jì)算)Table 1 Prediction of water volume at main low concave points in 12-202 goaf(water filling coefficient is calculated by 0.3)

3.2 泄放上覆采空區(qū)積水

現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)期間需嚴(yán)格按照“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則，在掘進(jìn)方向和垂直掘進(jìn)方向分別泄放上覆采空區(qū)積水，其中在掘進(jìn)方向上主要是泄放上分層聯(lián)巷的積水，而在垂直掘進(jìn)方向上主要是泄放上分層順槽和采空區(qū)的積水[11-12]。

在掘進(jìn)方向超前泄放上分層聯(lián)巷積水：12下202綜放面的3條順槽正常掘進(jìn)期間，在掘進(jìn)至距前方12上202工作面順槽聯(lián)巷15 m時(shí)必須掘進(jìn)，施工泄放水鉆孔。從掌子頭向上分層順槽聯(lián)巷施工鉆孔，對(duì)上分層聯(lián)巷積水進(jìn)行初步泄放，具體打眼方案剖面圖如圖3所示。

圖3 距上分層聯(lián)巷15 m位置施工超前探眼剖面Fig.3 Section of advance exploratory borehole 15 m away from the upper layered connecting roadway

初步泄放完成后，下分層順槽掌子頭繼續(xù)掘進(jìn)，在距上分層順槽聯(lián)巷平面距離為5 m時(shí)停止掘進(jìn)，再向上分層聯(lián)巷底板中心打泄水孔，對(duì)上分層聯(lián)巷積水進(jìn)行徹底泄放，等積水全部泄完后方可掘進(jìn)，距上分層順槽聯(lián)巷5 m位置施工超前探眼剖面泄水鉆孔示意圖如圖4所示。

圖4 距上分層順槽聯(lián)巷5 m位置施工超前探眼剖面Fig.4 Section of advance exploratory borehole 5 m away from the upper layered connecting roadway

在垂直掘進(jìn)方向上泄放上分層采空區(qū)積水：在掘進(jìn)通過(guò)表1的8個(gè)積水嚴(yán)重區(qū)域時(shí)，為了保證掘進(jìn)安全，重點(diǎn)在垂直于順槽方位向兩側(cè)采空區(qū)施工泄水孔，每探放15 m，掘進(jìn)15 m，鉆孔施工數(shù)量按照現(xiàn)場(chǎng)水量大小具體確定，水量大時(shí)泄水孔數(shù)量也多，12下202回順掘進(jìn)時(shí)泄水孔方案示意圖如圖5所示，12下202運(yùn)順和12下204回順掘進(jìn)時(shí)泄水孔方案示意圖如圖6所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在掘進(jìn)期間可隨時(shí)增加泄水鉆孔的方式，確保泄水效果良好，其它鉆孔施工方式需要時(shí)再具體設(shè)計(jì)。

圖5 12下202回順垂直于順槽方向向上分層兩側(cè)施工泄水孔剖面Fig.5 Section of drain holes constructed from 12-202 return roadway to upper layer

圖6 12下202運(yùn)順、204回順垂直于順槽方向向兩側(cè)采空區(qū)施工泄水孔剖面Fig.6 Section of drain holes constructed from 12-202 transport roadway and 204 return roadway to sides of goafs

泄放水要求：在實(shí)施泄放水時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行下列措施。①泄水鉆孔孔口套管與孔壁之間孔隙必須封堵嚴(yán)實(shí)不漏水，閥門必須完好，封口套管必須打錨桿固定牢靠；②泄水孔嚴(yán)禁在頂板開孔，必須在巷道兩幫開孔，以保證巷道頂板的完整性；③每個(gè)泄水孔施工完后，必須加裝“S”型彎頭，既保證隨時(shí)泄水，同時(shí)又保證采空區(qū)不漏風(fēng)；④每個(gè)泄水孔打完后，要均衡泄放，在排水系統(tǒng)不完好或有故障時(shí)，泄水孔閥門必須關(guān)閉，以防水淹巷道；⑤在施工泄水孔之前，對(duì)下分層新掘的巷道頂?shù)装甯叱踢M(jìn)行實(shí)測(cè)，并結(jié)合上分層巷道底板實(shí)測(cè)高程，對(duì)泄水孔參數(shù)進(jìn)行核實(shí)和微調(diào)，提高泄水孔的精度。

3.3 排水系統(tǒng)保障

排水系統(tǒng)必須保證完好可靠，且能力足夠，確保工作面涌水時(shí)能隨時(shí)開啟排水，具體要求如下。

排水設(shè)施要求：①水泵——除沿線排水泵外，交接班區(qū)域備用3臺(tái)37 kW水泵(排水能力100 m3/h)，2臺(tái)15 kW水泵(排水能力80 m3/h)，3臺(tái)4 kW水泵(排水能力30 m3/h)配套相應(yīng)開關(guān)，并保持熱備用狀態(tài)，合計(jì)排水能力550 m3/h，滿足設(shè)防要求。另外，地面?zhèn)溆?臺(tái)220 kW強(qiáng)排泵(每臺(tái)排水能力200 m3/h)、2臺(tái)MD280-43×3離心泵。②排水管路——12下202回順安裝1趟DN100和2趟DN225的排水管路，排水能力500 m3/h；12下202運(yùn)順安裝1趟DN100排水管路；12下204回順安裝1趟DN100和2趟DN225排水管，排水能力600 m3/h，可滿足工作面500 m3/h的設(shè)防能力。③水倉(cāng)——12下202綜放面共施工4個(gè)水倉(cāng)，在12下202回撤通道兩頭附近低凹區(qū)域選合適位置各施工1個(gè)，在12下202運(yùn)順和回順中部低凹區(qū)域選合適位置各施工1個(gè)，每個(gè)水倉(cāng)倉(cāng)容為100 m3，每個(gè)水倉(cāng)竣工后要及時(shí)安裝排水系統(tǒng)。

供電系統(tǒng)要求：①變電所引出的高壓電纜線路要定期對(duì)電纜絕緣、接線盒進(jìn)行測(cè)試，出現(xiàn)阻值下降的要及時(shí)處理；②每天對(duì)變壓器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確保設(shè)備運(yùn)行可靠；③在工作面安設(shè)一趟備用電源。

排水系統(tǒng)維護(hù)要求：①機(jī)電隊(duì)和掘錨隊(duì)確保將水泵放置于工作面低洼地點(diǎn)；②保證在用和備用排水設(shè)備全部處于熱備用狀態(tài)，確保開啟時(shí)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)；③機(jī)電隊(duì)和掘錨隊(duì)每天檢查管路完好情況，當(dāng)出現(xiàn)管路跑水時(shí)，及時(shí)進(jìn)行處理；④工作面淋水較大時(shí)立即組織掘錨隊(duì)和機(jī)電隊(duì)排水，并通知地質(zhì)組和調(diào)度，由地質(zhì)組進(jìn)行水害分析。

其它要求：①雨季前對(duì)工作面地表進(jìn)行觀測(cè)，是否有地表裂縫，如有及時(shí)進(jìn)行回填；②工作面錨索施工中，發(fā)現(xiàn)淋水加大、堵鉆或錨索錨固不住時(shí)，必須進(jìn)行探頂以確保安全；③火燒邊界附近淋水加大時(shí)，要采取打探放水孔的措施。

3.4 應(yīng)急響應(yīng)

除了嚴(yán)格采取以上技術(shù)措施外，為了確保安全，專門制定了水災(zāi)應(yīng)急預(yù)案，現(xiàn)場(chǎng)一旦出現(xiàn)災(zāi)害預(yù)兆立即啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)。①工作面出現(xiàn)煤層發(fā)潮發(fā)暗，無(wú)光澤、煤壁掛汗、巷道中出現(xiàn)霧氣、淋水突然增大，水呈紅色，水味發(fā)澀或有臭雞蛋味等異相時(shí)及時(shí)向調(diào)度匯報(bào)，并準(zhǔn)備好排水設(shè)備；②當(dāng)井下作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)涌水量增大時(shí)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)調(diào)度指揮中心，調(diào)度指揮中心應(yīng)及時(shí)匯報(bào)礦領(lǐng)導(dǎo)，根據(jù)情況確定是否啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案；③當(dāng)工作面出現(xiàn)涌水不斷加大時(shí)，應(yīng)立即啟動(dòng)備用水泵，防止工作面出現(xiàn)水位上漲，水量無(wú)法控制時(shí)工作面跟班隊(duì)干立即組織撤人；④根據(jù)突水量的大小和礦井排水能力，通風(fēng)隊(duì)下沙袋在大巷口堵住水流，機(jī)電二隊(duì)下設(shè)備進(jìn)行排水；⑤加強(qiáng)通風(fēng)，防止瓦斯和其他有害氣體的積聚而發(fā)生事故；⑥礦井供應(yīng)站應(yīng)提前準(zhǔn)備好各種水災(zāi)應(yīng)急物資，一旦發(fā)生水災(zāi)，迅速按照避災(zāi)路線升井。在12下202回順、12下202切眼掘進(jìn)期間水災(zāi)避災(zāi)路線為：12下202回順掘進(jìn)工作面→12上202運(yùn)順開口段→12煤二盤區(qū)總回風(fēng)巷→回風(fēng)斜井→地面；在12下202運(yùn)順、12下204回順掘進(jìn)期間水災(zāi)避災(zāi)路線為：12下202運(yùn)順、12下204回順掘進(jìn)面→12煤南側(cè)輔運(yùn)大巷→12上202運(yùn)順開口段→12煤二盤區(qū)總回風(fēng)巷→回風(fēng)斜井→地面。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取超前研究上覆采空區(qū)低凹段積水，在多個(gè)方向泄放上覆采空區(qū)積水，通過(guò)采取以上技術(shù)措施，12下202工作面掘進(jìn)過(guò)程中上覆采空區(qū)的積水得到有效泄放，掘進(jìn)過(guò)程中未發(fā)生涌水和水害事故，保證了掘進(jìn)安全。