小間距、大水量、高水壓、長時間老空水疏放技術探討

孫剛

（鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司曉南礦，遼寧 鐵嶺 112700）

1 井田概況

曉南井田位于鐵法煤田的東南方，本區(qū)位于我國東北老工業(yè)基地腹地遼北地區(qū)，為新興產(chǎn)業(yè)帶沈鐵工業(yè)走廊總體框架之一翼，以陸路、海港、空港為主體的現(xiàn)代交通格局已經(jīng)形成。調(diào)兵山市中心距沈哈高速公路35km，省級公路沈環(huán)線、新梨線縱橫貫穿市區(qū)，到沈陽桃仙機場只有110km 的距離，距大連港443km、營口港300km。鐵煤集團礦區(qū)鐵路直達礦井并在大青站與國鐵接軌，可通往全國各地。交通十分便利。煤礦范圍相鄰關系見圖1。

圖1 曉南井田交通位置圖

曉南礦南與長鐵煤礦相鄰；北與小青煤礦相鄰；東至14煤層最低可采邊界線；西與大興煤礦相鄰。曉南井田南北走向長約5.4Km，東西寬約4.3Km，總面積約為23Km2。

2 工作面位置

工作面地表位于曉南礦工業(yè)廣場西部。井下位于北一采 區(qū)西南部，南為0.8m 可采邊界線；北部為北一采區(qū)中巷；東部為N1-1504 工作面（未開拓）；西部與大興井田相鄰，距井田邊界145m。工作面運順長1989m，回順長1950m，開切眼長240m，面積378659m2。

3 地質(zhì)構(gòu)造

工作面總體為單斜構(gòu)造，煤層傾向290°～321°，傾角5°～10°，平均為8°。工作面西部為F3（147°∠55°H=8～50m）斷層和F6（148°∠45°H=9m）斷層，對工作面布置影響大。

4 地層

曉南井田位于鐵法斷陷盆地的東南角，其地層層序和煤層生成年代以前震旦系構(gòu)成基底，其上發(fā)育了中生界之下白堊統(tǒng)及新生界之第四系。本工作面位于中生界白堊系下白堊統(tǒng)阜新組下含煤段，巖層厚度為105～280m，平均200m 左右。井田西部巖性較細，往東往南巖性變粗。含煤段含煤系數(shù)為2.38%。巖性以灰色、灰白色的粉砂巖和細砂巖為主，粗砂巖和礫巖次之，其成分以石英為主，長石及火成巖次之，泥質(zhì)膠結(jié)。含煤七層，分別為11、12、13、14、15、16、17 煤層，其中14 煤和15-1 煤是主采煤層。

5 煤層及頂?shù)装迩闆r

5.1 煤層情況

本工作面位于下含煤段15-1 煤層。煤種為長焰煤和氣煤，煤層為條帶狀結(jié)構(gòu)，平坦狀斷口，亮煤，煤質(zhì)較好。煤層厚度0.74m～2.04m，平均厚度1.30m。煤層結(jié)構(gòu)復雜，夾矸二至三層，為泥巖及炭質(zhì)泥巖，厚度0.10m～0.15m。

5.2 煤層頂板

煤層頂板由偽頂、直接頂和直接頂組成。

偽頂由泥巖組成，厚度0.18～0.33m，平均0.22m。

直接頂、基本頂由中砂巖、砂礫巖、粉砂巖組成。與14 煤層層間距為29～37m，平均為35m。

5.3 煤層底板

15-1 煤層底板為砂質(zhì)泥巖。15-1 煤層下部為15-2 煤層，厚度為0.45-0.60m，平均0.55m，與15-1 煤層間距1.30-2.60m，平均為1.80m。

6 相鄰老空區(qū)情況

工作面上部為南翼采區(qū)14 煤層老空區(qū)（見表1），南翼采區(qū)14 層老空區(qū)與N1-1503 工作面層間距29～37m，平均為35m。老空區(qū)積水面積115 萬m2，積水量約為73 萬m3，積水標高-460m，積水高差120m。老空區(qū)主要補給水源為上部7、9 煤層老空區(qū)補給，因開采上部9 煤層時對上部7 煤層的老空區(qū)積水進行探放，開采上部14 煤層時，對上部的7、9 煤層老空區(qū)積水進行探放，所以N1-1503 工作面上部的老空區(qū)已聯(lián)通，補給水量約為30m3/h。

表1 N1-1503 工作面上部14 層老空區(qū)情況統(tǒng)計表

7 相鄰老空區(qū)水害分析

7.1 N1-1503 工作面導水裂隙高度計算

根據(jù)《建筑物、水體下、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)范》中導水裂隙帶高度計算公式：

∑M- 累計煤層采高N1-1503 工作面取最大厚度2.04m。

經(jīng)過計算N1-1503 工作面垮落帶高度為9.3m，未連通上部14 煤層老空區(qū)。N1-1503 工作面導水裂隙帶高度分別為38.6m 和35.3m。最大導水裂隙帶高度38.6m，大于14 煤層與15 煤層最小層間距29m，所以采用南翼采區(qū)西部14 煤層的導水裂隙帶高度為該區(qū)域?qū)严稁Ц叨取?/p>

7.2 南翼采區(qū)西部14 煤層導水裂隙高度計算

南翼采區(qū)西部14 煤層最大開采高度為3.20m，根據(jù)《建筑物、水體下、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)范》中導水裂隙帶高度計算公式：

∑M- 累計煤層采高取南翼采區(qū)西部14 煤層開采最大厚度3.20m。

經(jīng)過計算SW1407 工作面垮落帶高度為11.6m，SW1407工作面導水裂隙帶高度為46m 和42.3。14 煤層與15 煤層最大層間距37.2m，N1-1503 工作面導水裂隙帶高度為37+3.2+46=86.2m。

經(jīng)計算N1-1503 工作面導水裂隙帶高度86.2m，上部14煤層老空區(qū)距N1-1503 工作面最小層間距為29m，層間距小于導水裂隙帶高度，所以工作面回采前需對上部老空水進行探放。

8 疏放水技術要求

N1-1503 工作面疏放水準備采用疏放降壓的方式進行疏放（見圖2），根據(jù)老空水的賦存狀態(tài)，本次疏放水的特點是小間距、大水量、高水壓、長時間，針對疏放水的特點，制定相對應的疏放水技術要求。

圖2 N1-1503 工作面疏放水方案示意圖

圖2 礦井水排水系統(tǒng)優(yōu)化方案圖

8.1 小間距

N1-1503 工作面與上部南翼采區(qū)14 層老空區(qū)間距為29～37m，平均為35m，由于層間距較小，施工過程中需采取以下措施：

8.1.1 地測部門編制工作面物探設計，采用YCS512 探水儀進行超前探測，每隔130m 進行探測一次，并使用鉆探進行驗證。

8.1.2 隨時監(jiān)測工作面巷道掘高，嚴禁出現(xiàn)超過設計高度施工，定期對工作面標高進行測量，確保層間距大于巷道的10 倍高度，確保安全生產(chǎn)。

8.2 大水量

工作面疏放老空水約73 萬m3，根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)安排，疏放水時間緊，必須保證放水量在90m3/h 以上，目前現(xiàn)有的采區(qū)排水系統(tǒng)無法滿足需求，需對排水系統(tǒng)進行改造，具體改造方案如下：

8.2.1 在采區(qū)最低點施工容積不小于80m3水倉，地測部門出具設計，安排施工隊伍。

8.2.2 北一15 層水倉排水管路必須保證200m3/h 排水能力，建議鋪設6 寸排水管路或3 趟4 寸排水管路。

8.2.3 水倉內(nèi)安設排水能力不小于200m3/h 的排水水泵，備用同等排水能力的排水水泵。

8.2.4 所有的排水設施必須為雙電源供電，保證涌水能及時排出。

8.2.5 孔口安裝控水閥門，根據(jù)中央水泵房排水能力，調(diào)節(jié)控水閥門，保證疏放水量。

8.2.6 按規(guī)定檢修排水設施，備用設備及配件保證供應，確保礦井正常排水。

8.2.7 主排水系統(tǒng)分儲分排。

在一二水平水倉和水泵房，通過控制閥門開關和鋪設專用排水管路（φ159mm），使一二水平水倉和水泵房形成兩套獨立的排水系統(tǒng)，將水質(zhì)好的礦井水和水質(zhì)差的礦井水分儲分排，具體操作過程如下：關閉二水平水倉2-2、2-4、2-5 水泵閥門和2-9 水倉聯(lián)絡閥門；關閉一水平水倉1-1、1-3、1-6水泵閥門和1-9 水倉聯(lián)絡閥門；鋪設一趟一水平材料暗斜井上平盤至一水平1# 水泵吸水井的專用排水管路（φ159mm），地面鋪設一趟副井出水口至凈水車間的專用管路（φ219mm），見圖3。

8.2.7.1 水質(zhì)好的礦井水排水方案

北一15 層水倉和SW1403 工作面涌水水質(zhì)較好，通過南翼采區(qū)和北一采區(qū)專用管路直排至二水平水倉1#水倉內(nèi)，通過二水平1#、2#水泵經(jīng)專用排水管路（φ159mm）排至一水平水倉1#水倉內(nèi)，再經(jīng)一水平1#、2#水泵經(jīng)副井的一趟排水管路（φ219mm）排至地面凈水車間。

8.2.7.2 水質(zhì)差的礦井水排水方案

二水平生產(chǎn)用水經(jīng)大巷水溝流入二水平水倉的2#倉，通過二水平3#水泵經(jīng)另一趟排水管路（φ159mm）排至一水平西三大巷水溝內(nèi)，流入一水平2#水倉內(nèi)，再經(jīng)一水平3#水泵經(jīng)副井的另一趟排水管路（φ219mm）排至地面排水井內(nèi)。

8.3 高水壓

南翼采區(qū)14 煤層老空水積水標高-465m，積水高差120m，水壓1.2Mpa，水壓高，疏放水前和疏放水過程中需采取以下措施：

8.3.1 采用多次疏水降壓的方案進行疏放水，保證同一老空水體下掘進時，老空水的水頭高度不得大于10m，達到10m 時，立即停止掘進進行疏放水作業(yè)。

8.3.2 疏放水地點要加強幫頂支護。

8.3.3 疏放水鉆孔施工時，止水套管長度為15m。

8.3.4 疏放水止水套管需安裝兩道保護，并與頂板連接牢固。

8.3.5 疏放水鉆孔安裝止水套管后利用兩堵一注裝置，使用專用的封堵材料進行封堵，封堵材料硬化后，進行放水孔耐壓試驗，試驗壓力不得低于2Mpa，試驗時間不得低于30 分鐘。

8.3.6 分次疏水降壓，降低安全風險。

8.4 長時間

本次疏放水時間長，上部14 煤層老空水全部放完需15個月左右，必須保證疏放水鉆孔施工質(zhì)量和排水設備完好程度，具體要求如下：

8.4.1 止水套管選用8mm 厚壁管材加工。

8.4.2 加強設備檢修，使設備處于最佳工作狀態(tài)。

8.4.3 加強疏放水期間的管理，保證出水量，減少影響時間，從而縮短疏放水時間，保證礦井正常生產(chǎn)接續(xù)。

9 結(jié)論

曉南礦屬于煤層群開采，因長期開采形成的老空區(qū)越來越多，老空水防治趨于復雜化。通過在疏放水工作面中總結(jié)經(jīng)驗，逐漸形成一套完善的疏放水體系，確保老礦井在防治水方面的長治久安。