13112 工作面下巷充水因素分析與采空區探放水工程設計

劉寧寧

（河南能源義煤公司 石壕煤礦，河南 三門峽 472000）

1 概況

我國是世界上受礦井水患威脅最嚴重的國家之一，礦井水患主要是地下水通過巖層裂隙、構造等導水通道以突發等形式涌入礦井地下空間。水災事故具有傷亡嚴重、救援困難等特點，極易造成巨大的人員傷亡和財產損失，礦井水害是制約我國煤礦安全生產的主要因素之一。礦井水災事故的源頭有很多，但相關資料顯示，在我國發生的水災事故中，有85%以上是采空區積水和底板承壓水引起的，因此，采空區積水和底板承壓水成為礦井水害防治的重點對象。本文以石壕煤礦13112 工作面下巷水文地質條件為工程背景，通過分析試驗巷道充水因素，進行采空區探放水設計，為石壕煤礦13112 工作面安全掘進及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 采區上山北翼，服務于13112 工作面，滿足通風、行人等需要，13112 工作面主要復采13091、13111、13131采空區底部剩余資源，工作面西部為13090 工作面采空區、東部為13131 采空區及F45 斷層保護煤柱，北臨13 采區軌道上山，工作面開采煤層厚度1.5～2.0 m，二1 煤層直接頂板為大占砂巖，平均厚10.81 m，目前采空區內頂板已破碎垮落，形成再生頂板，再生頂板膠結不實，易垮落，底板為黑色泥巖、砂質泥巖，平均厚4.16 m。

2 巷道充水因素分析

（1） 地表水。

經調查13112 工作面下巷及附近區域上部無地表水體存在，13112 工作面下巷掘進施工不受地表水影響。

（2） 頂板含水層水。

13112 工作面下巷掘進區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區域平均厚度10.81 m，由于工作面開采下分層煤層，上分層開采后（開采厚度3.5～4.0 m） 頂板巖層完整性遭到破壞，已垮落，導致含水層含、富水性較弱，且不均一，在巷道掘進施工中表現為頂板滴、淋水。

（3） 底板含水層。

13112 工作面下巷掘進區域煤層底板含水層主要有太原組灰巖含水層、奧陶系灰巖含水層。

太原組灰巖含水層為底板直接充水含水層，該含水層出露及補給條件差，巖溶裂隙不發育，突水量小，突水以靜儲量為主，對正常施工會造成一定影響，但不構成安全威脅。

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

（4） 采空區積水。

13112工作面下巷將在13131 工作面采空區及13111 工作面采空區下掘進，并通過13131 下探巷。13131工作面采空區已揭露，無出水。據已有地測資料顯示及分析，13111 工作面采空區內及13111 工作面探巷內有積水，積水不聯通，因此，采空區積水給13112 工作面下巷掘進帶來一定的威脅。

綜合上述，采空區積水給13112 工作面下巷掘進帶來一定的威脅，巷道掘進要對采空區積水進行探查，根據探查結果，采用必要的防治水措施，保證13112 工作面下巷的安全掘進。

3 采空區探放水工程設計及應用

3.1 采空區探放水工程設計

13112 工作面下巷前方為13111 采空區，采空區內存在低洼區域，經瞬變電磁勘探未見水害異常區，為進一步查明13111 采空區積水情況，采用鉆探的方式對13111 采空區進行查證，具體設計如下。

3.1.1 鉆探設備

鉆機采用ZDY-3200S 型探水鉆機，采用鉆機配套鉆桿，鉆頭為規格φ133 mm 和φ94 mm。

3.1.2 鉆孔結構

鉆孔開孔孔徑為φ133 mm，0 ～10 m 下入φ108 mm 套管，注漿加固試壓3 MPa 后使用φ94 mm 鉆進至終孔，探水鉆孔兼作放水鉆孔。探放水位置標高+305 m，該區域預計老空水水壓0.02 MPa，此次設計一級止水套管，套管長度10 m。

3.1.3 鉆孔布置

此次鉆探為探查13111 采空區及探巷積水情況，鉆場設計位置為距偏盤口以里130 m 處，共設計4 個探放水鉆孔，孔深40～45 m，具體鉆孔參數見表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） 首先采用規格φ133 mm 鉆頭進行開孔，鉆進至設計套管深度（深度約10.5～11.0 m） 后，下規格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，然后進行套管耐壓試驗，耐壓試驗合格后，采用規格φ94 mm 鉆頭繼續鉆進至終孔（深度約40～45 m）。

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

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

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

3.2 采空區探放水工程應用

石壕煤礦13112 工作面下巷進行了采空區探放水查證，通過探放水鉆孔累計疏放水量2021 m3，其中疏放13111 工作面采空區積水1550 m3，疏放13111 工作面探巷積水471 m3。

4 結語

以石壕煤礦13112 工作面下巷水文地質條件為工程背景，分析試驗巷道充水因素，分析表明采空區積水給13112 工作面下巷掘進帶來一定的威脅，巷道掘進要對采空區積水進行探查，基于此設計了采空區探放水工程，并進行了現場應用。通過探放水鉆孔累計疏放水量2021 m3，采用采空區探放水工程，有效查證了13112 工作面下巷鄰近采空區積水情況，并進行了疏放，保證了13112 工作面下巷的安全掘進，為13112 工作面開采提供安全保障。