云岗矿8409工作面采空区积水探放工程设计

白玉峰

（同煤集团云冈矿地测科，山西 大同 037017）

1 工作面地质概况

云岗矿位于山西省大同市西部，距大同市18km，井田面积58.3068km2。井田东与晋华宫井田、吴官屯井田及云岗石窟保护煤柱相邻，南与煤峪口井田、忻州窑井田相邻，西与姜家湾井田和四台井田相邻。

1.1 区域地质情况

（1）404盘区8#层8409工作面位于404盘区，东西方向布置，由东往西回采。（2）5409巷设计长1354m，规格为4.2m×2.8m；沿煤层顶板掘进。（3）8409工作面煤层厚度在1.2～1.6m之间，平均约1.4m，含1层0.1～0.3m的夹石。（4）8409工作面直接顶为深灰色或灰黑色砂质页岩与粉细砂岩互层，厚度平均12.89m；局部含深灰色砂质页岩伪顶，厚度平均1.16m；直接底为深灰色砂质页岩与粉细砂岩互层，平均厚度13.89m。

1.2 工作面四邻采掘情况

8409工作面地面位于南山住宅区（已搬迁）东部，十里河南部，东部和西部沟谷分布；井下西部为2409-1、5409-1巷，南部为8407工作面，北部为2411巷。

2 水患分析

2.1 上覆情况

上覆7#层为该矿8402～8422局部采空区，上覆3#层存在该矿8402～8420局部采空区，上覆2#层存在该矿8402～8430局部采空区；8#层与上覆7#层层间距约30～32m，与上覆3#层层间距平均80m，与上覆2#层层间距平均113m。根据煤层底板等高线图及充水性图分析，该区域上覆层均为西南高东北低趋势，预计8409工作面上覆7#层采空区内局部低洼处存有积水。

预计积水量计算为：

式中：

W-老空积水量，m3；

M-采厚，m；

F-老空区水平面积，m2；

α-煤层倾角，（°）；

K-老空的充水系数，取0.3。

老空区积水对7#层底板压强最大处计算为：

式中：

ρ-水的密度；

g-重力加速度；

h-底板最低处到水面高度。

2.2 同层情况

同层北部为8411工作面2411巷，西部为2409-1、5409-1巷，东部为十里河床保护煤柱；南部为8407采空区（1996～1997年采完），采空区内存有积水，预计积水量计算为：

式中：

W-老空积水量，m3；

M-采厚，m；

F-老空区水平面积，m2；

α-煤层倾角，（°）；

K-老空的充水系数，取0.3。

2.3 下伏情况

根据《云冈矿水文地质类型划分报告》资料解释结果，寒武灰岩岩溶水不会对开采造成威胁，不存在带压开采。

8#层8409工作面上覆7#层采空区和同层南部8407采空区内存有积水，必须提前进行探放。

3 探放水工程设计

为彻底疏干8#层8409工作面上覆7#、3#、2#层采空区积水和同层南部8407采空区积水，保证8409工作面的安全开采，依据《煤矿安全规程》、《煤矿防治水规定》及对本区水文地质情况的具体综合分析研究，2016年由地质处钻机队施工，从地面向井下2409巷施工了一个地面放水孔，探测结果为：2#、3#、7#层均采空无水。

3.1 探上覆7#层井下放水孔设计

综合考虑7#、3#、2#层煤层底板等高线图及充水性图，由于7#层为大冒顶开采， 3#、2#层采空区积水7#层采空区所蹬空，故决定下伏层2409巷、5409巷施工井下放水孔对上覆层相对低洼处进行探放。

1#孔（探上覆7#层，层间距约36m）：在8409切巷内（5409巷以南5.5m处）施工，方位185°，倾角45°，预计斜长48～53m见7#层采空区；目前已施工20m。2#孔（探上覆7#层，层间距约35m）：在5409巷（切巷以西18.5m处）施工，方位130°，倾角50 °，预计斜长42～48m见7#层采空区。3#孔（探上覆7#层，层间距约31m）：在2409巷内（22#测点东10m或23#测点西20m）施工，方位45°，倾角55°，预计斜长37～43m见7#层采空区。4#孔（探上覆7#层，层间距约33m）：在2409巷内（19#测点处施工），方位90°，倾角50°，预计斜长40～46m见7#层采空区。5#孔（探上覆7#层，层间距约31m）：在2409巷内（14#测点东30m或15#测点西17m）施工，方位0°，倾角50°，预计斜长37～43m见7#层采空区。6#孔（探上覆7#层，层间距约31m）：在2409巷内（21#测点东11m或24#测点西40m）施工，方位0°，倾角50°，预计斜长31～36m见7#层采空区。

3.2 探同层采空区井下放水孔设计

1#孔（探同层8407采空区，煤柱宽20.2m）：在2409巷内28#测点东10m处施工，方位180°，倾角+0.5°，预计孔深21m通。2#孔（探同层8407采空区，煤柱宽20.2m）：在2409巷26#测点东34m处施工，方位180°，倾角+0.5°，预计孔深21m通。3#孔（探同层8407采空区，煤柱宽20.2m）：在2409巷24#测点处施工，方位180°，倾角+0.5°，预计孔深21m通。4#孔（探同层8407采空区，煤柱宽20.2m）：在2409巷20#测点处施工，方位180°，倾角+0.5°，预计孔深21m通。5#孔（探同层8407采空区，煤柱宽20.2m）：在2409巷19#测点东17m处施工，方位180°，倾角+0.5°，预计孔深21m通。8409工作面井下和同层放水孔设计如图1所示。

3.3 施工技术要求和钻孔结构说明

钻孔结构说明：开孔以57mm孔径，在钻进到终孔前10m时，换用108mm钻头进行扩孔，扩孔长度5m，用于安设止水套管。由专门配备的TUX-75型钻机（钻杆直径57mm）进行施工。井下和同层放水孔单孔结构如图2所示。

图1 8409工作面井下和同层放水孔设计示意图

图2 井下和同层放水孔单孔结构示意图

钻进要求：钻孔开口处5m必须用108mm钻头进行扩孔，以安装孔口安全套管，并安设闸门，安设牢固后，要进行安全套管的耐压试验，合格后方可钻进，并经常检查。

4 排水及施工组织安排

排水路线：放水地点—8409切巷—2409或5409巷—2409-1或5409-1巷—2411巷—404盘区水仓—1030南大巷—中央水仓—地面。排水期限：开采前必须将采空积水疏放完毕，严禁顶水采煤。探放水工程施工组织安排：根据工作面生产接替时间，探放水工程施工由总工程师负责指挥，调度室、地质科、管路区、安监站配合，调度室负责整个放水工作的整体协调，地质科负责水量的测定和通孔位置的标定，管路区负责排水系统的建立，安监站负责排水工作的安全检查，通过上述单位精心组织，确保回采前疏放完毕。

5 水害避灾路线设计

当巷道探钻地点发生突水或井下施工放水孔与上覆采空区探通水量较大，短时间无法控制危及作业人员安全时，要迅速组织人员撤退，路线为：放水地点—2409、5409或8409切巷—2409-1、5409-1巷—2411巷—404盘区水仓—1030南大巷—中央水仓—地面；放水地点—2409、5409或8409切巷—2409-1、5409-1巷—2411巷—502-2回—504-4回—504回—404风井—地面。

6 探放水设计测试分析

根据制定的探放水设计方案，选取8#煤层8407采空区进行排水测试。8#煤层8407采空区最低处积水面积为30776.77m2，预计积水量55013. 24m3。在该钻场中，从放水钻孔施工完成至放水测试结束，共放出3303采空区积水55087. 35m3。从实际测试结果分析可知，本设计在预计采空区积水量上具有较高的精确度，探放水钻孔位置等设计合理，疏干了8#层8409工作面上覆7#、3#、2#层采空区积水和同层南部8407采空区积水，保证了8409工作面的安全开采。