13112 工作面下巷充水因素分析與采空區(qū)探放水工程設(shè)計(jì)

劉寧寧

（河南能源義煤公司 石壕煤礦，河南 三門(mén)峽 472000）

1 概況

我國(guó)是世界上受礦井水患威脅最嚴(yán)重的國(guó)家之一，礦井水患主要是地下水通過(guò)巖層裂隙、構(gòu)造等導(dǎo)水通道以突發(fā)等形式涌入礦井地下空間。水災(zāi)事故具有傷亡嚴(yán)重、救援困難等特點(diǎn)，極易造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，礦井水害是制約我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一。礦井水災(zāi)事故的源頭有很多，但相關(guān)資料顯示，在我國(guó)發(fā)生的水災(zāi)事故中，有85%以上是采空區(qū)積水和底板承壓水引起的，因此，采空區(qū)積水和底板承壓水成為礦井水害防治的重點(diǎn)對(duì)象。本文以石壕煤礦13112 工作面下巷水文地質(zhì)條件為工程背景，通過(guò)分析試驗(yàn)巷道充水因素，進(jìn)行采空區(qū)探放水設(shè)計(jì)，為石壕煤礦13112 工作面安全掘進(jìn)及13112 工作面安全回采提供保障。

石壕煤礦13112 工作面下巷位于13 采區(qū)上山北翼，服務(wù)于13112 工作面，滿足通風(fēng)、行人等需要，13112 工作面主要復(fù)采13091、13111、13131采空區(qū)底部剩余資源，工作面西部為13090 工作面采空區(qū)、東部為13131 采空區(qū)及F45 斷層保護(hù)煤柱，北臨13 采區(qū)軌道上山，工作面開(kāi)采煤層厚度1.5～2.0 m，二1 煤層直接頂板為大占砂巖，平均厚10.81 m，目前采空區(qū)內(nèi)頂板已破碎垮落，形成再生頂板，再生頂板膠結(jié)不實(shí)，易垮落，底板為黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚4.16 m。

2 巷道充水因素分析

（1） 地表水。

經(jīng)調(diào)查13112 工作面下巷及附近區(qū)域上部無(wú)地表水體存在，13112 工作面下巷掘進(jìn)施工不受地表水影響。

（2） 頂板含水層水。

13112 工作面下巷掘進(jìn)區(qū)域煤層頂板含水層為二1 大占砂巖含水層，頂板直接充水含水層，該含水層在巷道掘進(jìn)區(qū)域平均厚度10.81 m，由于工作面開(kāi)采下分層煤層，上分層開(kāi)采后（開(kāi)采厚度3.5～4.0 m） 頂板巖層完整性遭到破壞，已垮落，導(dǎo)致含水層含、富水性較弱，且不均一，在巷道掘進(jìn)施工中表現(xiàn)為頂板滴、淋水。

（3） 底板含水層。

13112 工作面下巷掘進(jìn)區(qū)域煤層底板含水層主要有太原組灰?guī)r含水層、奧陶系灰?guī)r含水層。

太原組灰?guī)r含水層為底板直接充水含水層，該含水層出露及補(bǔ)給條件差，巖溶裂隙不發(fā)育，突水量小，突水以靜儲(chǔ)量為主，對(duì)正常施工會(huì)造成一定影響，但不構(gòu)成安全威脅。

奧陶系灰?guī)r含水層為底板間接充水含水層，該含水層補(bǔ)給徑流條件好，但富水性不均一，單位涌水量為0.00124～0.847L/s·m，滲透系數(shù)為0.00312～3.247 m/d，該區(qū)域煤層底板距離奧灰平均距離為50 m，底板受構(gòu)造破壞地段奧灰水突水系數(shù)T＝0.029 MPa/m，小于0.06 MPa/m，屬安全區(qū)。

（4） 采空區(qū)積水。

13112工作面下巷將在13131 工作面采空區(qū)及13111 工作面采空區(qū)下掘進(jìn)，并通過(guò)13131 下探巷。13131工作面采空區(qū)已揭露，無(wú)出水。據(jù)已有地測(cè)資料顯示及分析，13111 工作面采空區(qū)內(nèi)及13111 工作面探巷內(nèi)有積水，積水不聯(lián)通，因此，采空區(qū)積水給13112 工作面下巷掘進(jìn)帶來(lái)一定的威脅。

綜合上述，采空區(qū)積水給13112 工作面下巷掘進(jìn)帶來(lái)一定的威脅，巷道掘進(jìn)要對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行探查，根據(jù)探查結(jié)果，采用必要的防治水措施，保證13112 工作面下巷的安全掘進(jìn)。

3 采空區(qū)探放水工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1 采空區(qū)探放水工程設(shè)計(jì)

13112 工作面下巷前方為13111 采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)存在低洼區(qū)域，經(jīng)瞬變電磁勘探未見(jiàn)水害異常區(qū)，為進(jìn)一步查明13111 采空區(qū)積水情況，采用鉆探的方式對(duì)13111 采空區(qū)進(jìn)行查證，具體設(shè)計(jì)如下。

3.1.1 鉆探設(shè)備

鉆機(jī)采用ZDY-3200S 型探水鉆機(jī)，采用鉆機(jī)配套鉆桿，鉆頭為規(guī)格φ133 mm 和φ94 mm。

3.1.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔開(kāi)孔孔徑為φ133 mm，0 ～10 m 下入φ108 mm 套管，注漿加固試壓3 MPa 后使用φ94 mm 鉆進(jìn)至終孔，探水鉆孔兼作放水鉆孔。探放水位置標(biāo)高+305 m，該區(qū)域預(yù)計(jì)老空水水壓0.02 MPa，此次設(shè)計(jì)一級(jí)止水套管，套管長(zhǎng)度10 m。

3.1.3 鉆孔布置

此次鉆探為探查13111 采空區(qū)及探巷積水情況，鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)位置為距偏盤(pán)口以里130 m 處，共設(shè)計(jì)4 個(gè)探放水鉆孔，孔深40～45 m，具體鉆孔參數(shù)見(jiàn)表1，鉆孔布置如圖1、圖2 所示。

圖2 鉆孔布置剖面圖Fig.2 Drilling hole layout profile

表1 探放水鉆孔參數(shù)Table 1 Drilling hole parameters for water exploration and drainage

圖1 鉆孔布置平面Fig.1 Drilling hole layout plane

3.1.4 鉆孔施工工藝

（1） 首先采用規(guī)格φ133 mm 鉆頭進(jìn)行開(kāi)孔，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)套管深度（深度約10.5～11.0 m） 后，下規(guī)格φ108 mm 套管，并采用水灰比1∶0.7～1∶1 的水泥漿注漿固管，固管凝固后用φ94 mm鉆頭透孔，然后進(jìn)行套管耐壓試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)合格后，采用規(guī)格φ94 mm 鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至終孔（深度約40～45 m）。

（2） 注漿固管工藝流程。規(guī)格φ108 mm 套管用螺絲固定后，向套管內(nèi)連續(xù)壓入清水，沖出套管與孔壁之間殘留巖粉，然后采用水泥漿進(jìn)行注漿固管。

（3） 施工順序：φ133 mm 鉆頭開(kāi)孔—下φ108 mm 套管—注漿固管—φ94 mm 鉆頭透孔試壓—合格后繼續(xù)采用φ94 mm 鉆頭鉆進(jìn)至終孔—拔鉆—放水。

（4） 鉆孔放水結(jié)束后，采用水灰比1∶0.7～1的水泥漿進(jìn)行封孔，封孔注漿壓力不低于2.0 MPa。

3.2 采空區(qū)探放水工程應(yīng)用

石壕煤礦13112 工作面下巷進(jìn)行了采空區(qū)探放水查證，通過(guò)探放水鉆孔累計(jì)疏放水量2021 m3，其中疏放13111 工作面采空區(qū)積水1550 m3，疏放13111 工作面探巷積水471 m3。

4 結(jié)語(yǔ)

以石壕煤礦13112 工作面下巷水文地質(zhì)條件為工程背景，分析試驗(yàn)巷道充水因素，分析表明采空區(qū)積水給13112 工作面下巷掘進(jìn)帶來(lái)一定的威脅，巷道掘進(jìn)要對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行探查，基于此設(shè)計(jì)了采空區(qū)探放水工程，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。通過(guò)探放水鉆孔累計(jì)疏放水量2021 m3，采用采空區(qū)探放水工程，有效查證了13112 工作面下巷鄰近采空區(qū)積水情況，并進(jìn)行了疏放，保證了13112 工作面下巷的安全掘進(jìn)，為13112 工作面開(kāi)采提供安全保障。