同忻煤矿综采作业面探放水技术的应用

杨耀霞

（同煤国电同忻煤矿有限公司，山西 大同 037000）

同忻煤矿设计生产能力约为3700万t/a。根据对该煤矿井下的地质勘探，其1202综采作业面顶板上的含水层总体上来说含水量较少，但在顶板上分布着多条导水带裂隙，顶板含水层下是砂岩层，在砂岩层的底部含水分布不均匀，在砂层的低洼位置及邻近地下水的地方产生了较大的积水带，在综采作业时矿压的作用下极易导致积水从裂隙带处涌出，给井下综采作业带来严重的安全隐患。因此本文对同忻煤矿1202综采作业面进行的井下探水研究，做好放水方案，确保井下综采作业的安全。

1 井下储水量预测

井下巷道内的水可分为静态水和动态水两个部分。静态水主要是指与原来的含水层分离，无水源的侧向补给，静态水主要存在于巷道顶板垮落后产生的封闭区域内。对静态水涌水量Q静的预测可表示为[1]：

式中：

L-顶板垮落后产生的封闭区域的长度，m；

B-含水层垮落区域的宽度，m；

M-井下巷道含水层的厚度，m；

μ-涌水层积水度，取0.02；

t-最终完成放水的时间，取2d。

动态水主要是指巷道顶板上的含水层和地下水道联通的水源，其能够通过临近含水层的下渗补给以及通过四周的地下水径流补充。因此在对动态水量进行计算时，可采用大流量的方法进行计算，其动态水量Q动可表示为[2]：

式中：

K-渗透系数；

H-水头高度，m；

M-井下巷道含水层的厚度，m；

h-动水位到底板上的隔水层水柱的高度，m；

R0-含水层半径，m；

r0-井下含水层的引用半径，m。

因此对同忻煤矿井下进行探放水作业时，

计算其最大涌水量为116m³/h。

2 探放水钻井施工方案

根据同忻煤矿井下实际地质条件及同忻矿的最大涌水量，在进行探放水钻井施工时设置裸孔的孔径为73mm，钻孔孔口位置的直管的孔径为105mm，总长为7.2m。在进行探放水钻孔施工时的钻进工艺总结如下。

（1）首先将钻机钻进作业时的角度设置为24°。

（2）放入孔口直管以后，将系统内配对的压盖和注浆的管路进行连接，然后利用注浆泵将定量的速凝剂注入到连接直管内，用于固管。在进行注浆时，设置系统的压力为0.6MPa，当所注入的速凝剂达到一定量以后，静置8h，然后利用1.6MPa的压力对管路进行二次注浆，然后再次静置16h，待完全凝固以后以2MPa的压力进行水压打压试验，直到达到设定的要求。井下管口的注浆工艺原理如图1所示[3]。

图1 煤矿井下管口的注浆工艺原理

（3）在钻进作业时，为了确保钻进时的速度，采用了高强度合金钻头钻进作业。在钻进时以清水为冲洗和降温液体，确保钻进时钻头的安全性，钻进时钻头以180r/min的速度作业。

（4）在钻进时，首先用直径为130mm的钻头钻入6m深，然后放入直径为105mm的孔口管，最后利用直径为72mm的钻头钻进到设计要求的孔深。

3 同忻矿探放水施工

同忻矿在本次探放水作业中，为了确保1202综采作业面的作业安全，在进行施工时主要是以优化井下钻孔数量为依据，将所设计好的井下钻孔分批进行施工。在进行作业时首先对井下切眼里的探放水钻孔进行施工作业，确保1202综采作业面上在综采作业前期的安全性。在前期作业时同步对探明的含水量较大的区域进行探放水钻井施工，根据含水层的状况同步对综采面巷道的顶板进行优化支护，利用单体支柱替代传统的有煤柱支撑，在易碎裂区采用金属护网支撑，防止矿压波动时的落石，采用该支护方案后能够有效提升井下煤炭的回采率，提升井下作业安全。

在本次作业时，根据井下的实际地质情况，在第一批钻井作业时先设计了16组钻孔，在第二批钻井作业时设计了13组钻孔，在第三批钻井作业时设计了6组钻孔。设计的总的钻孔区域的作业距离达到了5739m，在实际作业过程中实际上共设置了33个钻孔。其中第一批为16个钻孔，第二批为14个钻孔，第三批为3个钻孔，实际的总的钻孔区域的长度为4681m。综采面上的井孔施工量汇总如表1所示。

表1 综采面上井孔施工量汇总表

在该综采面探放水施工作业中，共设置了33个井孔，其中23个井孔位于巷道顶板上的基岩积水区域，10个井孔位于砂层底部的富水区域，所有探水井孔在设置时均以24°左右的角度向顶部含水层处钻进作业。

根据井下综采面探放水作业过程研究，当在初始的300m长度范围内，所设置的放水探孔只有少量的水流出，在该区域范围内存在突水事故的概率较低。从300m到976m的范围内共设置了4个放水探孔，其中第四个探孔内的涌水量达到了24.42m³/h。对此处涌水的离子成分进行化验后，其主要为钙离子、镁离子，其地质结构以松散的沿基风化为主[4]，因此表明该处巷道顶板上的含水量较大。经过4d的放水后，该区域内的探孔处的出水量逐渐降低，表明该区域内的水主要是以静态出水为主，无外界动态水系的补充。因此经过探放水后在综采作业过程中发生透水事故的概率基本为零。

在从第976m到第4681m范围内的探孔处的涌水量衰减率达到了89.2%，且大部分探孔内无明显的水流出，说明该区域范围内顶板的含水层较弱，在综采作业过程中也不存在出现透水事故的概率。综上分析，在该综采区域范围内的33个探放水孔目前均已干枯，总涌水量从最初的107.3m³/h，降低到了目前的7m³/h，说明了该区域范围内顶板的含水量是以静态水为主，无动态补水渠道，通过探放水作业后，确保了在综采作业过程中的安全性。

4 结论

为了解决同忻煤矿综采作业面受上侧积水区域影响而导致的透水隐患，本文对井下综采面的探放水方法进行了研究，结果表明：

（1）采用静态、动态水测结合方案，对同忻矿井下水的分布进行了计算，结果表明其理论最大涌水量为136m³/h，实际测量后，其最大涌水量为107.3m³/h，基本与理论分析吻合，说明了该分析方法的有效性；

（2）该矿井下综采时，应将放水重点放在300m到976m的范围内，其地质结构以松散的沿基风化为主，容易发生透水和垮塌；

（3）通过对该矿井下探放水作业，说明该矿的含水层主要是以静态水为主，经过近4d的放水后，已基本没有了涌水，确保了井下综采作业的安全。