大倾角、大孔径探放钻孔分区布置在采空区积水探放中的应用

2015-02-20 04:05王革良赵顺利

采矿与岩层控制工程学报 2015年2期

王革良，赵顺利

(铁法煤业(集团)有限责任公司晓明矿，辽宁调兵山112701)

王革良，赵顺利

(铁法煤业(集团)有限责任公司晓明矿，辽宁调兵山112701)

［摘要］通过对晓明矿N3703综采工作面上部4层采空区充水因素的分析，预测了该工作面上部采空区的积水量，根据积水情况对工作面的影响程度进行了预判，并提出了探放水工作采用分区布置钻场、垂直角度大孔径钻孔设计、钻孔终孔位置布置在上部采空区巷道内侧等工艺，取得了较好的探放水效果，使工作面上部采空区积水的探放工作得以顺利进行，保证了工作面安全回采。

［关键词］探放水;大倾角;大孔径;分区布置

［引用格式］王革良，赵顺利.大倾角、大孔径探放钻孔分区布置在采空区积水探放中的应用［J］.煤矿开采，2015，20 (2) : 95－97.

Application of Erect Bore-hole and Zoned Arrangement in Exploring Gob Water

矿井周围的充水水源是构成矿井涌水的潜在威胁之一，开采时充水水源能否进入井巷，取决于是否存在充水通道。对于水文地质条件相对简单的矿井来说，积存在采空区和废井巷中的水，是生产中最危险的水患之一，探测不及时往往会造成巨大的经济损失。在实际工作中，多采用钻探和物探相结合的方法解决老空水探查的问题。根据探测得到的采空区积水的范围、位置、积水量、水头高度等参数，进行探放水设计。在探放水设计中，钻孔倾角和孔径与施工地点和采空区积水的位置及空间关系有关。从安全角度考虑，目前，常规钻孔施工倾角一般小于60°，终孔孔径一般为74mm。若钻孔倾角过大，由于钻杆重量过大，硐室空间狭小，则给钻孔施工带来安全隐患。因此，如何在确保安全的前提下，施工大孔径、大倾角钻孔，提高放水效果是煤矿防治水部门需要重点研究的课题。

1　工作面概况及采空区积水预测

N3703综采工作面位于晓明井田内的北三采区，采区内可采煤层由上至下分为4层和7层，上部4层煤已回采结束，剩余7层煤未回采。采区内煤层呈单斜构造，煤层倾角平均12°，4煤层厚度平均为2.3m。下部7煤层厚度平均为2.4m。4，7煤层层间距平均50m。N3703综采回采工作面上部有4个采空区，分别是N3408 (大面)采空区、N3403采空区、N3407采空区、N3408 (小面)采空区。

4煤层工作面掘进与回采期间没有出现较大的涌水现象，只是在采掘期间顶板局部有淋水现象，出水量较少。故初步判断上部采空区积水对下部7层工作面回采影响较小。2012年2月17日，N3408大面回采过程中从采空区往外渗水，开始水量较小，后来逐渐增大。研究分析认为:回采期间打钻水、充填水以及大量采空区自然涌水汇聚到4层采空区内，造成4层采空区积满水后外溢。通过对N3408闭前涌水量1个多月的观测可知: N3408采空区标高要比N3403，N3407，N3408 (小面)工作面高，因此，N3403，N3407，N3408 (小面)采空区积水已满，通过N3408大面采空区形成溢流;出水量已经稳定在500m3/d左右;回采N3703工作面的主要水害威胁来源于N3403，N3407，N3408(小面)，N3408 (大面)采空区积水以及采空区自然补给水。据历年探放水经验，采空区充水系数为0.15，根据经验公式计算，预计上部4层采空区积水8.7×104m3。

2　采空区积水对回采工作面影响程度预判

工作面回采后顶板全部垮落，产生了垮落带、导水裂缝带和弯曲下沉带，而直接影响安全生产的是导水裂缝带高度的计算。通过导水裂缝带的高度来预判上部采空区积水对下部工作面的回采是否造成隐患。

导水裂缝带经验计算公式:

式中，H为导水裂缝带高度，m; M为累计煤层厚度，取2.3m。

根据公式(1)，(2)计算得导水裂缝带高度分别为35m，40.33m。导水裂缝带高度取最大值40.33m，因4，7煤层层间距最小为45m，上部采空区积水对下部工作面回采有较大的安全隐患，必须在工作面回采之前放净上部采空区的积水。

3　分区、大倾角、大孔径探放水设计及效果

3.1分区布置

根据先期探放水钻孔放水效果，由于煤柱导致采空区之间连通性较差，按原设计放水钻孔不能全部放净采空区积水，因此，根据探放水施工地点与上部采空区的空间位置关系，及时调整探放水钻场施工位置，采用分采空区独立探放。对上部3个采空区分别设计探放水钻场，其中:设计3号、4号和5号3个钻场集中对上部N3403采空区积水进行探放; 6号钻场对上部N3407采空区进行探放; 7号钻场对上部N3408 (小面)采空区积水进行探放。探放水钻场分区布置情况如图1所示。采用分区布置探放水钻孔，分采空区进行探放后，解决了因采空区联通性差而导致采空区积水放不净的问题，加快了放水速度，确保了探放水工作的顺利进行。

3.2大倾角、大孔径钻孔设计

图1　探放水钻场分区布置

先期探放水钻场内施工的钻孔倾角为45～60°，放水效果不理想。经常出现不出水或堵孔情况，分析其主要原因是:钻孔倾角小，设计长度过大，在实际施工过程中，钻孔终孔位置不易控制;钻孔孔径小，放水时容易产生钻孔缩径和岩石碎块等影响钻孔出水效果。

针对上述问题，及时调整探放水钻孔设计参数，后续探放水钻孔均采用大孔径、大倾角(直立钻孔)的施工方式。钻孔直径由74mm调整为114mm，倾角由60°调整为90°。调整前后钻场探放水钻孔参数及效果见表1。

表1　探放水钻孔参数及效果

3.3钻孔终孔位置设计

一般探放水钻孔终孔位置多选择在上部采空区里侧，距离上部采空区煤柱侧较远，由于上部工作面回采后顶板冒落，采空区被上部垮落的岩石(体)充填，岩体与巷道底部结合较为紧密，透水性不好，对放水效果影响非常大。如3号、4号钻场，放水孔的终孔位置均离煤柱侧较远，放水效果不好。将5号、6号和7号钻场布置的钻孔终孔位置调整为上部采空区巷道内侧。

3.4探放水效果分析

实践证明，采用大倾角、大孔径放水钻孔设计，加快了放水速度，放水效果较好。尤其是6号、7号2个钻场钻孔布置在采空区煤柱巷道侧，钻孔孔径大于74mm，放水效果非常好，2个钻场放水量占总放水量的52%，最大放水量在50～70m3/h之间(根据排水能力控制放出量)。4号～7号钻场出水量随时间变化曲线见图2～图5。最后，施工8号钻场的2个钻孔对采空区积水进行确认，证明采空区积水已经放净。