火烧区富水区下水害防治技术实践

李月　马建荣

摘   要：榆树泉煤矿南采区东翼下煤层浅部露头存在大面积火烧区，火烧区积水给煤矿生产带来较大影响和安全隐患。通过采取留设防隔水煤柱、超前钻探疏放等方式，实现了该区域掘进工作的顺利开展，为下一步彻底治理火烧区积水保证回采安全打下坚实基础库车县榆树泉煤矿隶属于河南能源新疆公司塔河矿业，行政所属为库车县。榆树泉煤矿生产能力0.9Mt/a，矿井水文类型划分为复杂型，正常涌水量3077m3/d，最大涌水量10712m3/d，井田范围内存在大面积的火烧区及老窑积水，给煤矿的安全生产带来较大的安全隐患。

关键词：火烧区  防治  安全  掘进

中图分类号：TD745;P631.325                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（c）-0028-02

1  区域水文地质概况

设计1012工作面回风顺槽掘进工作面位于矿井南采区东翼，2014年10月该掘进工作面施工至1600m处进行探水作业时钻孔出现涌水，后来在此施工了F1、F2、F3、F4、F5和C10-1进行集中疏放，经过3年零2个月的疏放，涌水量从245m3/h降至目前的40m3/h左右。2017年6月25日在此区域的3#联络巷迎头施工探水钻时也出现异常涌水情况，水量约40m3/h左右。我矿积极与西安中煤科工西安研究有限责任公司联系，于2017年6月26日邀请三名水文地质专家到矿进行分析论证。根据专家分析意见，钻孔涌水补给来源于掘进工作面南侧下10煤烧变岩水，富水区存在导水裂隙。

2  综合防治水技术实践

2.1 地面物探

2.1.1 地质任务及工作量

采用地面磁法和地面瞬变电磁法相结合的物探方法，探测指定范围内、煤烧变边界及其相对富水区范围。

2.1.2 成果分析

根据图1显示结果，1012工作面回风顺槽在掘进阶段面临较大范围的低阻异常区，该异常主要与南部的下煤烧变岩水关联。根据迎头钻探情況，施工的F1（斜长83.5m）、F2（斜长80m）、F3（斜长85m）、F4（斜长76m），均揭露大量地下水，放水至今已3年时间，仍未疏放完。上述钻孔揭露煤层及岩石无火烧迹象，说明迎头附近无烧变岩。另外，补3钻孔揭露煤顶板存在较厚的砾岩。以上情况间接证明B区南部低阻区的分析正确，即煤烧变岩富水，并向北部渗透，使迎头附近煤顶板富水。当此处地下水被揭露时，砾岩含水层地下水及南部烧变岩水水源源不断经此流出，长时间持续。

2.1.3 结论

本次物探工作采用磁法和瞬变电磁法相结合的物探方法，对B测区煤烧变边界及其相对富水区进行探测，共完成瞬变电磁法物理点1741个，磁法物理点3425个，有效控制面积1.27km2。通过对磁法资料和瞬变电磁法资料的处理分析，结合钻孔等地质资料，对B区内磁异常进行综合分析解释，推断了B测区内的烧变岩边界及其富水区的分布，取得具体认识如下。

（1）获得了B测区煤烧变岩边界。下煤烧变岩边界位于1012工作面回风顺槽南面，煤烧变岩边界相比原边界更起伏不平，在B区西部更靠北，在B区东部更靠南。

（2）推断了B测区下煤烧变岩含水层相对富水区平面分布，和下煤烧变岩及顶板含水层相对富水区平面分布。结果显示，下煤烧变岩含水层相对富水区主要分布在烧变边界东部，煤烧变岩区为相对富水区。进一步分析认为1012工作面回风顺槽迎头出水水源为煤烧变岩水。

2.2 留设防隔水煤岩柱

根据《煤矿防治水规定》防隔水煤柱宽度采用附录三之二经验公式：

式中L—煤柱留设的宽度，m;

K—安全系数，一般取2～5;

M—煤层厚度或采高，m;

P—水头压力，MPa;

Kp—煤的抗拉强度，MPa。

K取值5，M取值4m，P取值1MPa，Kp取值0.4MPa，经计算L=27.4m。L取值30m≥27.4m。

根据《河南能源新疆公司塔河矿业榆树泉煤矿改矿建初步设计》以及西安院水文专家意见，最终防隔水煤岩柱按50m留设，以此修改掘进工作面设计方案，先保证掘进期间不受水害威胁，待建成完善的排水系统后再对火烧区积水进行集中疏放。

2.3 钻探验证

2.3.1 钻孔设计

根据《煤矿防治水规定》结合西安中煤科工西安研究有限责任公司三名水文地质专家意见，在掘进中除正常探放水外，对南翼钻探不少于50m，目的是探水、探煤，以达到掩护巷道安全掘进、避免进入不可采区域的目的。

2.3.2 止水套管安装

（1）将准备好的止水套管装入预先打好的孔内，在套管口上下两端预先放入两根φ25mm钢管（单根长20cm），一根做为注浆管，一根做为返浆管，用水泥大布及速凝剂将孔口封死。

（2）用BW-150型泥浆泵将事先搅拌好的封管液通过注浆管注入，待返浆管返浆时停泥浆泵，等待24h浆液凝固后进行耐压试验，试验压力不得小于2MPa，稳压时间至少保持0.5h，孔口周围不漏水，孔口管牢固不活动，即为合格，否则必须重新注浆。

2.3.3 加强管理

完善施工流程，明确责任，全矿上下齐抓共管落实有掘必探、先探后掘的原则。

探水队按设计要求施工探水钻孔→调度室→地测科或生产技术科验收→地测科下发允许掘进通知单→综掘队掘进→安全员、班长确认距离→调度室（允许掘进距离≦10m时）→地测科下发停掘通知单→探水队按设计要求施工探水钻孔。

3  取得成绩

通过以上综合防治技术，1012工作面回风顺槽在掘进期间排除了安全隐患，保障了职工的生命财产安全，同时还解放了前期受水害威胁的区域，增加可采储量74万t，实现了较高的经济效益和社会效益。目前该工作面已安全通过煤烧变岩相对富水区。

4  结语

榆树泉煤矿与科研院所合作，通过技术手段查明了水害威胁区域，制定了科学有效的防治水措施并组织实施，取得了阶段性的成果。当然，来自煤烧变岩相对富水区的水害威胁还并未从根本上消除，在1012工作面回采前还应制定科学合理的方案，彻底消除水害威胁，确保安全回采。

参考文献

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[2] 武海文.火烧区水体下煤层群安全开采实践[J].内蒙古煤炭经济，2014（3）：128-129.

[3] 刘琦，周涛，孔琪，等.浅析煤矿老采空区水害防治[J].中国煤炭，2009（2）.