12001运输巷采空区低洼处疏放水钻孔设计

张 鹤

（山西汾西宜兴煤业，山西 孝义 032300）

1 引言

随着矿井开采水平的延伸和开采强度的日益增加，深部煤炭资源开采已经势在必行，采矿活动面临着“四高一扰动”的严峻挑战，往往导致冒顶、突水、软岩大变形、煤与瓦斯突出等一系列工程问题的发生。其中，采空区充、积水是煤炭生产过程中经常遇到的问题之一，如若不及时处理或处理不当，可能会诱发不必要的生产事故。

2 工程概况

2.1 矿井充水补给水源特点

宜兴井田范围内的主采煤层为+650 m水平2#煤层。根据钻孔地质勘探资料显示，宜兴井田水文地质条件较为简单，主采煤层平均埋深300 m，降雨对矿井涌水影响不明显；基岩上覆松散表土层较薄，且煤层较薄，采动影响较小，松散含水层通过裂隙导入煤层中可能性不大；此外，其他类型地下水采取一定技术措施后，对采掘活动无影响。矿井直接充水水源主要为煤层顶板砂岩裂隙水，间接充水水源为太灰水，二者与主采煤层的赋存特征如下所述。

（1）砂岩裂隙含水层组

根据资料分析，K8砂岩至2#煤顶板砂岩含水层为2#煤层的直接充水含水层。根据矿井地质、水文地质条件及采掘情况，2#煤层顶板砂岩裂隙含水层除了在部分向斜轴部和裂隙发育密集带富水相对较大外，整体富水性较弱，采掘过程中采取一般的防治水技术措施后对煤层开采不会造成影响。

（2）太原组薄层灰岩裂隙含水层组

太原组薄层灰岩水主要为K2、K3、K4含水层。根据资料分析，K3、K4灰岩水富水性较弱，K2灰岩水富水性中等，相对较强，水位标高+557.59～+559.57 m，而2#煤底板标高在+540～+740 m，有部分区段带压。2#煤层距K2灰岩约85 m，突水系数最大约为0.002 MPa/m，因此，太灰水对2#煤开采影响不大。

2.2 矿井充水状况

根据现场了解，由于宜兴煤矿前身为孝义市乡镇煤矿，技术管理薄弱，缺乏系统的矿井水文观测记录，且瓦斯爆炸事故发生后人员变动，资料散失，无以往矿井历年涌水资料。根据矿井采掘情况，目前矿井涌水量约10m3/d，主要为井筒基岩面淋水，煤层顶板淋水很少。根据预测矿井正常涌水量为15m3/h，最大涌水量为30m3/h。矿井直接充水水源为煤层顶板砂岩裂隙水，间接充水水源为太灰水。矿井以往未发生过突水事故。目前，井下无明显出水点。

由此可知12001运输巷（专项）采空区低洼处存在富水区域，必须采取疏放水钻孔设计。

3 宜兴矿充水特征分析

3.1 充水途径及原因

（1）顶板采动裂隙导水

煤层采掘过程中，顶板受到扰动破坏，采动裂隙一般发育高度延伸向上几十米，顶板冒裂带将揭露煤层顶板砂岩裂隙含水层，从而出现淋水或涌水等，在一些水量相对集中区段甚至影响矿井安全生产。

（2）封闭不良钻孔导水

在宜兴井田，由于前期勘探钻孔时间比较久远，并且许多钻孔封孔质量不详。因此，如果钻孔封闭不良，钻孔都可能会成为各个含水层的水力联系通道，采动过程中一旦被揭露，将会造成突水事故。在今后的开采过程中要引起高度重视，做好日常钻孔台帐工作，做到心中有数，避免封闭不良钻孔引发突水。

（3）断层导水

断层导水、突水也是矿井防治水的一个重点。从矿井揭露情况看，宜兴井田构造不十分发育，采掘过程中有小断层揭露，由于断层的存在，地层变得破碎或富水，并使主采煤层与各主要充水含水层距离缩短甚至对接，造成断层破碎带有可能成为各含水层的导水通道，引发突水。因此，对断层突水必须引起高度重视，加强采掘区域的构造探查工作。

（4）陷落柱导水

区内勘探阶段钻孔未发现有陷落柱，而在2#、9#煤层有限范围揭露6个陷落柱，说明宜兴井田陷落柱相对发育。陷落柱是沟通各主要含水层的重要通道，也是煤层回采过程中引发水害的重大隐患，虽然在以前很少出现陷落柱突水事故，但是，导水陷落柱一旦被揭露，就有可能引发大的水患。因此，对陷落柱突水仍必须引起足够的重视。

（5）褶曲构造裂隙导水

在宜兴井田分布有X4白衣庙东向斜、X5赵家沟向斜和B4孟南庄背斜。在这些褶曲的轴部一般裂隙比较发育，且相对富水，当采掘过程中通过这些部位时煤层顶板砂岩裂隙相对富水且水量集中，有可能引发构造裂隙突水事故。因此，在矿井防水工作中也应引起重视。

3.2 充水强度

根据矿井水文地质资料综合分析，影响2#煤层开采的主要为煤层顶板砂岩裂隙水，而该含水层整体富水性较弱，采取一般的防治水技术措施后不会对矿井生产造成影响。太灰薄层灰岩水为2#煤层的间接充水水源，在带压区有可能出现构造突水，但由于该含水层富水性相对较弱，煤层带压较小，正常情况下不会对矿井造成威胁，但在带压区要加强构造的探查工作，确保矿井安全生产。煤层开采不受奥灰水影响。因此，从煤层充水水源来看，充水水源强度均较弱，对煤层开采不会造成威胁。

从矿井的涌水情况来看，目前矿井正常涌水约为10 m3/d，涌水主要为煤层顶板砂岩水和井筒基岩交界面淋水。根据预测矿井正常涌水量为15 m3/h，最大涌水量为30 m3/h。根据矿井排水系统情况分析，矿井排水能力能够满足相关规程排水要求。

4 疏放水钻孔设计

12001运输巷上部为1201采空区，采空区低洼处存在积水，目前还将会遇到两处，采空区低洼处预计积水量分别为：1828m³，1096m³，为及时把采空区低洼处积水疏放完，防止出现突水事故的发生，特编制12001运输巷（专项）采空区低洼处疏放水钻孔设计。

4.1 钻探目的

钻探的目的是对采空区积水及时疏放。

4.2 单孔设计

根据《煤矿防治水规定》中第98条规定，由于2#、3#煤层间距为7 m，按小窑水压小于1.0 MPa考虑，需要使用止水套管，采用金刚钻头钻进，开孔采用Φ133mm的钻头，下入Φ89mm套管，套管长度不小于5m，套管用聚氨酯快速凝固剂。套管外口焊接高压法兰盘，法兰盘外接压力表的短节，短节外接高压阀，钻探时采用Φ65mm的钻头钻进至终孔。钻机型号：ZYJ-1000/135（孔径42mm）机载探放水专用钻机。钻机配备：42钻杆60m，合金钢钻探2个，钻机采用无芯钻进。在掘进期间每5m一个疏放水孔，如疏放孔出水，掘进工区立即停止掘进，并立刻向调度室汇报，地测科及时下发停止掘进通知单，通知钻探队进行钻探。沿3#煤层工作面正前布置一个钻孔，其余两个钻孔布置在左帮，距底板1.2 m呈半扇形布置3个钻孔，孔与孔间距0.15 m，相关技术参数如表1所示。

表1 钻孔设计参数

5 效果验证

在钻孔以及疏放水设计完成后，宜兴煤业严格按照设计方案对12001运输巷上部1201采空区的积水进行了钻孔机疏放，在掘进过程中，由于及时排水，避免了巷道积水可能引发的事故，保证了掘进工作的正常进行，说明方案设计合理，符合煤矿的实际情况，促进了煤矿安全生产。

图1 钻孔布置示意图

6 结 论

宜兴煤业根据生产布局计划及工作面运输巷情况，采用钻孔疏放的方案，准确地解决了采空区低洼处积水问题，有效地预防了采空区低洼处积水问题的发生，实现了安全掘进及回采，促进了煤矿安全发展。