大地压作用下老空水探放技术与应用

摘要：老空水是煤矿主要的水患之一，对老空区探放的研究具有重要的现实意义。本章首先从老空水的来源、探放水的技术路线、设计内容和主要的探放水方式进行分析，然后对探放老空水钻孔布置和步骤进行了阐述和讲解说明。

关键词：老空区 充水系数 煤矿防治水 应用

1 概述

邢东矿地处太行山东麓与华北盆地的接触带上，地质构造复杂，北东向断裂构造非常发育，埋深大，受大地压影响严重。近年来由于煤炭需求量大，特别是对稀有煤种的需求，造成邢东矿生产接替任务十分紧张，计划掘进2124工作面，主采2#煤，平均厚度4.5m，北侧紧邻2123采空区，水源主要来源于采空区注浆用水和2#煤顶板砂岩水，南侧为充填巷，西侧为皮带大巷，东侧为F19-1断层。

2 技术难点

该面2#煤埋深在1059～1155m，埋深大，受大地压影响严重。在煤层中施工塌孔严重，不易成孔，且孔深大，无法下套管，疏放难度大，容易堵孔。

3 探放水技术

在此条件探放老空区水主要受积水量、探放水方案设计和压力的影响。

3.1 采空区积水量的估算。根据2011年6月2124运料巷开口段左帮锚杆眼出水情况判断，共积存老空水102602m3，积水标高-1003.4m，孔口水压0.551MPa。计算如下：V=K·S·h=0.3×85502×4

其中：V——积水量；K——采空区充水系数，据《煤矿安全手册》峰峰矿区软岩层1～5年为0.22，在此取0.3；S——积水平面积，据2124运料巷开口10m左帮锚杆眼出水情况推出2123采空区积水平面积为85502m2；h——平均采高，取4m。由此计算积水量为102602m3。

3.2 探放水方案的设计。①探水线的确定。2123采空区积水标高为-1003.4m，积水最低标高为-1060.4m，最大水压为0.57MPa。根据防隔水煤柱的公式L=0.5KM■。其中：L——防隔水煤柱的宽度（m）；K——安全系数（一般取2～5），在此取2.5；M——煤层厚度或采高（m），取采高3.5m；P——老空水水头压力（MPa），为0.57MPa。在此计算得：L=12.5m。

根据《煤矿防治水规定》第九十八条：“探放老空积水的超前钻距，根据水压、煤（岩）层厚度和强度及安全措施等情况确定，但最小水平钻距不得小于30m，止水套管长度不得小于10m。”又据冀中能源股份有限公司《矿井防治水工作暂行规定》第49条：“积水情况清楚时，一般情况，由积水区向外推移40m作为探水线。但各矿可根据水压情况和积水量大小，具体设计时，可自行确定超前距，但必须经过矿总工程师批准。”该采空区积水区域为该矿自行开采，各种资料十分准确，据此，为探放安全，探水线取50m，即2123采空区积水线外推50m作为探水线。②钻孔位置及参数。依据《煤矿安全規定》第94条规定探放老空水、陷落柱和钻孔水时，探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内成扇形。钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各孔终的垂距不得超过1.5m，2124探放水联络巷共设计三组9个钻孔，预计第一组和第二组钻均54m进入采空区，第三组钻55m进入采空区，钻孔先施工第一组钻：1-1、1-2、1-3号孔，然后根据实际情况再进行调整。③技术要求。钻孔采用二级套管，一级套管φ154mm，二级套管φ127mm，耐压合格后再钻进，要求全孔下管，并定期观测压水。

4 探放过程

放水期间通过现场水量观测和在专用排水管路中安装流量计统计放水量，并定期监测水压，两阶段先后历时86天，施工放水钻孔18个，累计进尺918m，其中出水钻孔8个，共放水36000m3，当水压值降为零，确定2123采空区无水。第一阶段根据放水钻孔实测开口标高（H），实测水压值（P），计算出2123采空区的积水标高（H1=H+P·100），圈出2123采空区的积水面积（S），根据老空区积水计算公式计算出老空水的积水量。计算公式如下：V=K·S·h。其中V——积水量，S——积水平面积，K——采空区充水系数，h——平均采高。

根据老空积水公式可以算出不同阶段的老空区积水情况，自7月27日测水压，历时26天后共放出12493m3水，水压降至0.33MPa，积水面积缩小20230m2，利用公式反算后得出2123采空区充水系数为0.14 ，此后计算老空区剩余水量时，充水系数采用0.14，截止2014年1月8日2123采空区积水已疏放完，水表统计共放水36000m3，与预测积水量不符，分析由生产用水与注浆引起。经反算后得出2123采空区充水系数约为0.14。详见下表：

5 结论

从开始放水到放水结束，经过分析放水数据发现积数量与水压和面积成正比；计算得出2123采空区充水系数为0.14，此数据可作为经验值，为下一次探放提供了宝贵的经验。

参考文献：

[1]孙希亮，来庆新，郑恒军.矿井老空水探放技术探讨[A].山东省煤炭学会2006年年会论文集[C].2006.

[2]吴维加.煤矿井下老空水的防治技术研究[A].中国职业安全健康协会2007年学术年会论文集[C].2007.

[3]吴维加.矿井水害防治若干技术工作探讨[A].2007年赣皖湘苏闽五省煤炭学会联合学术交流会论文集[C].2007.

作者简介：闫兴达（1987-），男，辽宁喀左人，助理工程师，从事矿井地质、水文地质的研究与工作。