探討近煤層采空區下掘進防治水技術

申 偉

（山西蘭花科技創業股份有限公司唐安煤礦分公司，山西 晉城 048400）

在近煤層采空區下掘進防水技術應用階段，想要切實地提高防治水技術的應用效果，就需要明確近煤層采空區下決定防治水工作的目標，并且按照項目的實際特點通過優化技術更新技術來提高防治水技術的應用水平。因此對下掘進防治水技術應用要點進行探討，明確技術的工藝標準以及要點是非常值得關注的一項內容。

1 井田概況

對該井田進行分析發現，該區域為二疊系煤層地層被新生界松散層覆蓋，該層沉積狀態因為古地形的作用而發生變化，測量后確定厚度為56.35～134.85m，平均厚80.6m。經過專業技術人員對于現場進行鉆探、電測井資料、巖性等方面的特征展開分析，分析了解該地層結構組成，包含含水層、中部隔水層、底部含水層等。二疊系煤系地層結構主要的組成部分是砂巖、巖漿巖、煤層等，并且其核心組成部分是泥巖、粉砂巖，并且砂巖裂隙發育狀態較差。地下水存儲量比較大，貯存以及移動的過程中處于構造裂隙內，賦水性會因為構造裂隙而發生變化，并且貯存量為主。了解到礦井資料的具體情況，發現主采煤層頂部、底板砂巖裂隙水內、巖漿巖裂隙水等水量比較大，是目前主要的煤層開采水源，并且對于整個煤層的開采產生較大的影響，必須選擇合適的防治水措施，才能規避不利因素干擾，促進工作效果提升。

2 老空區積水情況

在本次采礦區的范圍內，所選擇的123工作面整體處于124老空區的正下方，兩者的間隔距離為2.5m，并且各個位置上是均勻分布的，主要是開采4#煤，其煤層厚度平均是1.27m。煤層頂板的組成部分是泥巖、粉砂巖等，煤層的穩定性比較差，難以滿足開采工作的需要。在123作業面開采的環節，在運輸的過程中通過膠帶運輸機完成，并且需要穿越124老空區膠帶運輸巷下方，持續性掘進作業，其水源產生的部位比較多，比如頂板裂隙水、124 老空水等等，而這些水源都會給掘進作業施工產生很大的影響，所有必須詳細對現場進行探查分析，以掌握影響因素，以便于采取合理的應對措施。通過124 工作面設置在水平東翼43 采空區的下方，上部和4332采礦作業面相鄰設置，布置在斜軸的部位上。經過現場勘測后得出，該煤層傾角為20°，厚度在0.6～2.5m之間，平均為1.8m。在整個工作面中走向長度為560m，傾向長65m，標高-260～-217m?，F場作業面的頂板地質條件是泥巖、粉砂巖等條件，所以在進行掘進、回采的作業中巷道以及工作面內都會出現淋滴水的情況，并且不同位置上有很大的差異，要分別對待。該工作面的開采作業時間為1年2個月的時間，通過應用炮采對拉的方式進行，工作面以東高西低的形式存在，兩巷比較高，并且向斜部膠帶運輸巷低。在斜構造軸內有較多的地下水，基本上全部集中在該位置上，且周邊裂隙發育比較明顯，還有導水通道與儲水空間。正是因為該區域內地質條件較為特殊，所以容易造成124 工作面終采線周邊老空區軸部有較多老空水，并且還要在運輸時預防出現老空水涌入的情況，才能保障安全性。

3 積水量預計

通過合理地確定積水區域，并且合理地預測124采空區積水量，得出表1的參數，并按照下式進行計算:

表1 采空區相關參數

式中：Q積——積水區總積水量，m3;

Q采——采空區積水量，m3;

Q巷——老巷積水量，m3;

K——充水系數，采空區取0.3～0.5，煤巷取0.5～0.8，巖巷取0.8～1.0;

M——采空區的平均采高，m;

F——采空積水區的水平投影面積，m2;

a——煤層傾角，(°);

W——積水巷道原有斷面，m2;

L——巷道長度，m。

4 掘進探放水方案設計

4.1 探放老巷水

123 膠帶運輸巷從施工開始，在現場間隔2.5m 就要使用錨桿鉆機從掘進面以上的124 老巷開始進行2個探水孔的設置，與安全施工地點的J2 前部有11m 的距離，與124 老空區有85m 的距離。在該老巷中標高不斷的降低，在J2 前方60m 的距離，g8 的部位上設計有比較大的下坡結構，整個巷道基本上是平直的狀態，并且還存在有緩慢上升的變化趨勢。這時所設置的探水孔，有部分水流出，同時可以聞到有比較重的臭味，說明這個位置上就已經有老巷水。經過對現場特殊部位上的勘測分析，了解到地質條件信息，如果繼續向前作業施工，上覆老巷積水量不斷地增大，問題也在不斷的嚴重。因為本次研究的123 膠帶運輸巷正好是在124膠帶運輸巷的正下方，對于老巷水的探測造成了一定的難度，經過以上分析發現，明確在123 膠帶運輸巷上設置探放水孔，具體可見表2數據。根據現場需要，應用的是75型油壓鉆機，鉆孔直徑為75mm，并且采用的是無巖芯鉆進的方式。

表2 鉆孔參數

在本次煤礦開采的鉆進作業中首次開始Zk1-01孔鉆進施工，從施工到21m進入到124老巷后，出水量處于4.0m3/h 左右(表3)。在老巷水不斷地疏放情況之下，出水量也在處于穩定的狀態中并且結合特殊地質條件展開分析，如果繼續向前作業施工，上覆老巷積水也會出現增大的情況。同時，經過Zk1-02、Zk1-03 放水之后，基本上已經沒有積水，完全可以滿足使用的需要。

表3 涌水量統計（m3/h）

對于本次的放水作業中總計進行了2次放水，將老巷水基本上排放出去，兩次分別排放1253m3、2611m3，將老巷的積水基本上都能夠疏放掉，并且還能降低水壓的作用力。在進行了2次持續性的排水作業之后，只有中間孔出水。通過分析之后發現，在本次設置的探放孔，其直徑相對比較大，所以使得終孔與老巷存在著較大的偏離，影響最終的效果。

4.2 探放老空水

從本次現場作業的實際情況分析，要想對于最低部位上達到探放水的效果，在設計方案中規定，鉆孔時應該超出老空區至少1.0m 以上，才能達到放水的效果。因為當前的煤礦作業范圍內，膠帶運輸巷處于J2前方65m，整個區域內上覆老巷在某個小范圍的下坡上，所以在設置時，其標高低于采空區最低處，這樣可以提升探放水的效果。在本次鉆場中設計需要放水孔有5個，放水孔仰角從大到小采用的是扇形設置方式，并根據需要先后實施Z1、Z2、Z3、Z4、Z5幾個孔的設置，放水孔全部都是在4#煤層內開孔設置，并且在進入到4#煤層頂板，然后直接打孔進入到老空區、老巷根據鉆孔作業的需要，選擇使用75 型鉆機施工，鉆頭直徑為75mm。在本部分放水作業之前，為了提升生產的安全性，停止掘進且在鉆場后20m的位置上，到巷道掘進面工作區域內，沿著巷道的方向設置加固支護設施，提高結構的穩定性，確?，F場作業的安全性。在本次探放水鉆探作業中由專業技術人員落實現場生產指導性工作，然后結合實際需要開展鉆探作業施工。鉆孔工作開始之前，現場作業人員測量鉆場標高，并明確具體的探放孔深度，為后續施工提供幫助。

經過對上述鉆孔作業，發現出水量先增加后減小，說明后續鉆孔作業后，放水的效果比較好，完全可以達到防水的效果。在探放水作業的環節，因為鉆孔時全部都穿越煤層，所以在放水的環節出現了堵孔的情況，只有Z1孔沒有發生堵孔的情況，所以現場施工中檢查發現出現的堵孔問題要再次鉆孔處理，確保水道達到通暢性的要求。在探放作業中Z1 孔因為終孔標高是最高的，所以在鉆孔后，先不出水，在其他的各個孔都相繼出水之后，水量依然保持穩定狀態，沒有明顯的增加。因此，可以判定在疏放作業后，水壓不斷地減小。經過一段時間的疏放，整個區域內疏放水量達到9270m3，壓力下降到合理的范圍內，達到現場作業的標準和要求。

4.3 邊探邊掘

經過對上述的124 老巷以及采空區低洼積水狀況的了解，預測該區域內的積水已經全部都排放干凈，但是在有些的工作面部位沿著標高線出現起伏變化，加上回采后存在著一定數量矸石，造成現場一些區域內還會部分積水存在，所以在開采的環節，必須按照要求進行探測、掘進，通常每間隔10m 需要探放一次，從而滿足現場開采作業需要。

5 強化巷道圍巖控制及掘進防治水安全措施

(1)為了全面提升整體掘進作業中巷道安全、穩定，防止發生變形的問題，不會引發淋水的危害，確?；仫L巷正常的運行，所以在現場需要采取必要的支護性措施，提高結構強度性能，在支護時選擇應用錨網噴+鋼棚支護的形式。經過對現場勘測分析，考慮到實際情況確定最佳的技術參數，本次制作的鋼棚用材料是螺紋鋼筋，直徑為18mm，使用6 根制作主體結構。支護現場施工后，進行混凝土噴射作業，材料為C25，噴射厚度為250mm。為了盡量地避免出現巷道淋水的問題，在進行支護施工中錨網中內側需要設置隔水材料以及泄壓管，可見圖1。

圖1 巷道加強支護示意圖（單位：mm）

(2)因為本次開采作業的123煤層采空區有較多的積水，面積比較大，影響范圍也比較大，且補水水源以地表水為主，所以在掘進作業的環節，對于采空區下部施工中要及時進行疏排水處理，同時還要組織專業技術人員、應用先進設備進行積水情況監測。巷道掘進作業環節，先進行物探作業，再進行鉆探驗證，每項工作措施都能有效的執行，實現超前探放水。如果在探放水的過程中有出水鉆孔的情況，要立即更換鉆孔，將其轉化為永久性排放鉆孔保留下來，以防止誘發安全事故。

回風巷經過上述的綜合防治水的處理后，整個巷道內掘進過程中淋水情況不斷地減少，圍巖變形沒有超過30mm，所以總體來說123 煤層的安全性達標，并未出現惡性事故。

6 結語

在煤礦開采環節容易發生突水事故，而這種現象是比較普遍的，因此，考慮到工程的安全性必須采取合理的措施處理。在本次研究中老空區的充水情況比較嚴重，積水量也比較大。而通過合理的應用各種疏放水措施，有效地降低內部水壓，讓積水可以及時排出。在本項目中降壓的效果非常好，圍巖變形量處于合理的范圍內，通過該防治水技術的應用切實保障煤礦開采效果，對于當前的煤層作業產生積極的意義。