近距离煤层掘进超前探放水技术

白玉峰

近距离煤层掘进超前探放水技术

白玉峰

在煤矿开采过程中，由于上覆煤层开采而形成采空区，在开采下覆煤层时，对上覆采空区积水了解不清，或者放水不彻底，随着下覆工作面的推进及老顶垮落，上覆采空区积水随之涌入工作面，形成透水事故。针对近距离煤层上覆采空区积水水体分布形式、几何位置、积水量存在的不同类型，掘巷期间采取“先探后放、探放结合”的不同探放水技术，进行有针对性的超前探放。

近距离煤层；采空区积水；探放水

0 引言

矿井水灾是矿井五大灾害之一，矿井防治水管理一直都是大同矿区矿井管理工作的重中之重。大同煤矿集团公司云冈矿是一座年产超过500万t的特大型矿井，是多煤层开采和被周边小窑严重破坏的矿井。云冈矿开采历史悠久，采空区遍布整个矿区，包括古采空区、大矿的采空区和小煤矿采空区。采空区形成后，在有补给水源的前提下，于低洼地带长时间汇集，使原煤层的采空部位积水，从而形成采空区积水。采空区积水量大小不一，其大小与积水条件和采空的时间等因素有关。根据矿井多年开采实践，对于大矿形成的积水区，其积水范围和积水量较易掌握，而对于老窑和小煤矿采空积水区的积水范围和积水量则难以掌握。采空区积水的存在，严重影响着矿井的安全生产。2006年～2012年期间，大同煤矿集团公司云冈矿、山西省王家岭煤矿、甘肃省景泰县通达煤矿、内蒙古锡林郭勒盟镶黄旗源林煤矿等多处煤矿发生透水事故。为此，我矿针对采空区积水类型的不同，进行进一步研究，采取不同方案解决水患，确保安全生产。

1 工作面概况及水患分析

1.1 工作面概况

云冈矿11-2#层311盘区81106、81108、81110工作面地面位于老窑沟，北高南低，有一条公路通过其上。东部区域为311-1轨3条盘区巷及破鲁老窑沟矿破坏区（11-2#层），北部为311轨3条盘区巷，南部为上深涧铁路保护煤柱。

工作面煤层总体比较稳定，厚度在1.3 m～2.9 m之间。直接顶为灰白色粉细砂岩互层，粉砂岩为主，水平层理；直接底为灰白色粗-中-粉细砂岩，北部以粗、中粒砂岩为主，中部发育为粉砂岩，南部发育为粉砂岩、粉细砂岩互层，向南粒度变小，北部和中部夹有少量炭质泥岩。

1.2 工作面水患分析

云冈矿 11-2#层 311盘区 （现采层） 81106、81108、81110工作面上覆为11-1#层，属于较大积水区。其北部上覆为11-1#层8906、8908大矿采空区，于2006年～2008年采空。当时11-1#层21111巷透水，大部分水涌入上述采空区中；南部上覆绝大部分为破鲁煤矿（已关闭）破坏区，其内水、瓦斯等情况不明，从煤层底板等高线和充水性图及小窑仅有的访查资料分析，预计破坏区内存有大量的采空积水；且11-2#煤层与11-1#煤层层间距为6 m～13.5 m，属于近距离开采煤层，直接顶基本为粉细砂岩互层，性脆易碎。巷道掘进时，上覆采空区内充满的积水没有得到释放，会造成掘巷圈面期间顶板软化、局部顶板压力增大、难以维护，严重影响着掘巷期间的安全生产，同时也大大增加了探放水工作的难度。

2 积水量分析和探放水方案

2.1 采空区积水量的估算

以云冈矿现采层11-2#层81106、81108、81110工作面上覆11-1#层8908和8906工作面采空区为例，积水水量的计算：

Q=KSh.

式中：Q——采空区积水量，m3；K——充水系数，取20%；h——工作面回采高度，m；S——采空区面积，m2。

取K值时，根据采空区年限的长短适当增减。根据历年采空区水量计算经验，K值取20%～25%。

8908工作面于2007年开采，采高h=2.13 m；8906工作面于2006年开采，采高h=2.3 m。根据煤层底板等高线及充水性图分析，可预测出该采空区的积水线，并得出8908采空区积水面积为S=10 500.4 m2，8906采空区积水面积为S=24 530.4 m2。经过调查分析得出，该采空区无其他大的补给水源，因此K值取0.2，由Q=KSh得出8908采空区积水量Q=0.2×10 500.4×2.13=4 410.2 m3，8906 工作面采空区积水量 Q=0.2×24 530.4×2.3=11 284.0 m3。11-1# 层破鲁煤矿已采空多年，采空面积及积水量无法估算，只能在采掘期间执行边掘边探，保证工作面安全生产。

2.2 探放水方案

为彻底解除对11-2#层81106、81108、81110工作面的威胁，在掘巷期间，云冈矿地测部门坚持“有掘必探，有采必探”的原则，根据大矿采空区和小窑采空区充水条件、采空积水存在的几何形态的不同，采取不同的探放方式。

①在对上覆11-1#层8908、8906采空区积水，积水范围基本清楚的情况下，放水孔应尽量打在积水区域的最低点，有针对性地探放。钻孔的方位、倾角、斜长应根据层间对应关系确定。以21108巷向上覆8908工作面采空区所施工的1#放水孔为例，1#设计放水孔开孔于21108巷低洼处，标高为1 034.75 m，终孔位置位于11-1#层8908采空区内最低点，标高为1 047.0 m。由此可得出该处层间距为12.25 m，同时由层间对应关系得出1#设计放水孔开孔位置和终孔位置的平距为53.8 m，方位为90°，则由三角关系可计算出该放水孔的倾角θ=arctan （12.25/53.8） =11.3°。

②对破鲁小窑采空区内积水根据仅有的访查图纸，结合巷道排水能力，确定钻孔个数。为了充分放水，采取“先探后放、探放结合”技术，从预计积水区域最低点向积水区域最高点每隔一定距离打一组探水孔进行密集性排查，根据各组探孔的出水、水压情况，再采取扩大孔径进行探放的方法。

3 探放水实施过程

3.1 探放水设备

探水钻机为TUX-75 kW型钻机，配备钻孔孔口控水装置、固结套管，安装闸阀，止水套管须在10 m以上，安装水压、流量传感器等仪器、仪表等。

3.2 排水系统

为了满足此次探放水，在81106、81108、81110三个工作面两顺槽各配备1趟φ=133.3 mm管路和2趟φ=66.7 mm管路，12台45 kW水泵、6台18.5 kW水泵、10台5.5 kW水泵，在巷道低洼处构建了8个临时水仓和2个盘区水仓，并派专人负责排水全过程。

3.3 探放水期间的水量观测

在放水期间，派专人进行24 h监测，随时统计放水量，检验放水效果。放水结束后写出放水总结报告，分析放水量与预计的采空区积水量是否相符，积水是否彻底放完。

经过统计，81106工作面共施工探放水孔48个，进尺502 m，放出8906、8908采空区水量7 000 m3，放出小窑水量21 000 m3，共计放出水量28 000 m3；81108工作面共施工放水孔35个，进尺455 m，共计放出水量11 000 m3。这两个面放水工作的顺利完成，81110工作面共计施工的30个放水孔，通孔后基本无水。采用此方法后，既解放了上覆采空积水下103万t的煤炭储量，又能减轻掘进时顶板压力，节约支护材料，赢得工作面搬家准备时间，使81106、81110工作面在煤层薄、断层多的情况下月平均回采进度200 m左右，从未受到上覆采空积水的影响，顺利采完，为矿连续2 a突破540万t产量创造了前提条件。

4 结论

由于本技术是在巷道掘进过程中进行探放，存在着多边作业，不可避免存在施工时间和空间上的冲突，需要合理地协调、合作。

在掘进期间采用“先探后放、探放结合”的先进技术，尤其是对积水量大或积水范围、积水量不清的上覆采空区积水超前探放，突破了在工作面圈出，排水系统健全的情况下，以放为主的传统性放水做法，起到了有的放矢的效果，减少了许多盲目性探钻工序和工作量，这是我们根据历年的探放水经验总结出的一套具有完整性、科学性、可行性的探放水先进技术。该技术在煤矿防治水工作日趋重要、形势日趋严峻、水文地质条件复杂的矿井，尤其是对采空区近探近放具有很大的应用空间，值得煤矿系统在矿井防治水工作中借鉴和推广。

Drivage Advanced Exploratory Drain Technology of Close Coal Seam

Bai Yufeng

during the coal mining,overlying coal seam mining causes the formation of goaf.When mining overlying coal seam under，we understand the overlying goaf hydrops understand unclear,or drain incomplete.With the overlying working face advance and the old roof caving,overlying goaf water then into working face,permeable accident was formed.According to water distribution form,geometric position,product water exist different types about close distance coal seam overlying goaf hydrops,we adopt exploratory drain technology of “First exploratory after discharge,ground put combination”， and put the targeted advanced exploratory.

close coal seam；goaf water； water exploration

TD745

B

1000-4866（2012）03-0018-03

白玉峰，男，1974年8月出生，毕业于大同煤炭职业技术学院（大专），现在大同煤矿集团公司云冈矿工作，注册安全工程师。

2012-05-14

2012-05-29