小间距、大水量、高水压、长时间老空水疏放技术探讨

孙刚

（铁法煤业（集团）有限责任公司晓南矿，辽宁 铁岭 112700）

1 井田概况

晓南井田位于铁法煤田的东南方，本区位于我国东北老工业基地腹地辽北地区，为新兴产业带沈铁工业走廊总体框架之一翼，以陆路、海港、空港为主体的现代交通格局已经形成。调兵山市中心距沈哈高速公路35km，省级公路沈环线、新梨线纵横贯穿市区，到沈阳桃仙机场只有110km 的距离，距大连港443km、营口港300km。铁煤集团矿区铁路直达矿井并在大青站与国铁接轨，可通往全国各地。交通十分便利。煤矿范围相邻关系见图1。

图1 晓南井田交通位置图

晓南矿南与长铁煤矿相邻；北与小青煤矿相邻；东至14煤层最低可采边界线；西与大兴煤矿相邻。晓南井田南北走向长约5.4Km，东西宽约4.3Km，总面积约为23Km2。

2 工作面位置

工作面地表位于晓南矿工业广场西部。井下位于北一采 区西南部，南为0.8m 可采边界线；北部为北一采区中巷；东部为N1-1504 工作面（未开拓）；西部与大兴井田相邻，距井田边界145m。工作面运顺长1989m，回顺长1950m，开切眼长240m，面积378659m2。

3 地质构造

工作面总体为单斜构造，煤层倾向290°～321°，倾角5°～10°，平均为8°。工作面西部为F3（147°∠55°H=8～50m）断层和F6（148°∠45°H=9m）断层，对工作面布置影响大。

4 地层

晓南井田位于铁法断陷盆地的东南角，其地层层序和煤层生成年代以前震旦系构成基底，其上发育了中生界之下白垩统及新生界之第四系。本工作面位于中生界白垩系下白垩统阜新组下含煤段，岩层厚度为105～280m，平均200m 左右。井田西部岩性较细，往东往南岩性变粗。含煤段含煤系数为2.38%。岩性以灰色、灰白色的粉砂岩和细砂岩为主，粗砂岩和砾岩次之，其成分以石英为主，长石及火成岩次之，泥质胶结。含煤七层，分别为11、12、13、14、15、16、17 煤层，其中14 煤和15-1 煤是主采煤层。

5 煤层及顶底板情况

5.1 煤层情况

本工作面位于下含煤段15-1 煤层。煤种为长焰煤和气煤，煤层为条带状结构，平坦状断口，亮煤，煤质较好。煤层厚度0.74m～2.04m，平均厚度1.30m。煤层结构复杂，夹矸二至三层，为泥岩及炭质泥岩，厚度0.10m～0.15m。

5.2 煤层顶板

煤层顶板由伪顶、直接顶和直接顶组成。

伪顶由泥岩组成，厚度0.18～0.33m，平均0.22m。

直接顶、基本顶由中砂岩、砂砾岩、粉砂岩组成。与14 煤层层间距为29～37m，平均为35m。

5.3 煤层底板

15-1 煤层底板为砂质泥岩。15-1 煤层下部为15-2 煤层，厚度为0.45-0.60m，平均0.55m，与15-1 煤层间距1.30-2.60m，平均为1.80m。

6 相邻老空区情况

工作面上部为南翼采区14 煤层老空区（见表1），南翼采区14 层老空区与N1-1503 工作面层间距29～37m，平均为35m。老空区积水面积115 万m2，积水量约为73 万m3，积水标高-460m，积水高差120m。老空区主要补给水源为上部7、9 煤层老空区补给，因开采上部9 煤层时对上部7 煤层的老空区积水进行探放，开采上部14 煤层时，对上部的7、9 煤层老空区积水进行探放，所以N1-1503 工作面上部的老空区已联通，补给水量约为30m3/h。

表1 N1-1503 工作面上部14 层老空区情况统计表

7 相邻老空区水害分析

7.1 N1-1503 工作面导水裂隙高度计算

根据《建筑物、水体下、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中导水裂隙带高度计算公式：

∑M- 累计煤层采高N1-1503 工作面取最大厚度2.04m。

经过计算N1-1503 工作面垮落带高度为9.3m，未连通上部14 煤层老空区。N1-1503 工作面导水裂隙带高度分别为38.6m 和35.3m。最大导水裂隙带高度38.6m，大于14 煤层与15 煤层最小层间距29m，所以采用南翼采区西部14 煤层的导水裂隙带高度为该区域导水裂隙带高度。

7.2 南翼采区西部14 煤层导水裂隙高度计算

南翼采区西部14 煤层最大开采高度为3.20m，根据《建筑物、水体下、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中导水裂隙带高度计算公式：

∑M- 累计煤层采高取南翼采区西部14 煤层开采最大厚度3.20m。

经过计算SW1407 工作面垮落带高度为11.6m，SW1407工作面导水裂隙带高度为46m 和42.3。14 煤层与15 煤层最大层间距37.2m，N1-1503 工作面导水裂隙带高度为37+3.2+46=86.2m。

经计算N1-1503 工作面导水裂隙带高度86.2m，上部14煤层老空区距N1-1503 工作面最小层间距为29m，层间距小于导水裂隙带高度，所以工作面回采前需对上部老空水进行探放。

8 疏放水技术要求

N1-1503 工作面疏放水准备采用疏放降压的方式进行疏放（见图2），根据老空水的赋存状态，本次疏放水的特点是小间距、大水量、高水压、长时间，针对疏放水的特点，制定相对应的疏放水技术要求。

图2 N1-1503 工作面疏放水方案示意图

图2 矿井水排水系统优化方案图

8.1 小间距

N1-1503 工作面与上部南翼采区14 层老空区间距为29～37m，平均为35m，由于层间距较小，施工过程中需采取以下措施：

8.1.1 地测部门编制工作面物探设计，采用YCS512 探水仪进行超前探测，每隔130m 进行探测一次，并使用钻探进行验证。

8.1.2 随时监测工作面巷道掘高，严禁出现超过设计高度施工，定期对工作面标高进行测量，确保层间距大于巷道的10 倍高度，确保安全生产。

8.2 大水量

工作面疏放老空水约73 万m3，根据生产接续安排，疏放水时间紧，必须保证放水量在90m3/h 以上，目前现有的采区排水系统无法满足需求，需对排水系统进行改造，具体改造方案如下：

8.2.1 在采区最低点施工容积不小于80m3水仓，地测部门出具设计，安排施工队伍。

8.2.2 北一15 层水仓排水管路必须保证200m3/h 排水能力，建议铺设6 寸排水管路或3 趟4 寸排水管路。

8.2.3 水仓内安设排水能力不小于200m3/h 的排水水泵，备用同等排水能力的排水水泵。

8.2.4 所有的排水设施必须为双电源供电，保证涌水能及时排出。

8.2.5 孔口安装控水阀门，根据中央水泵房排水能力，调节控水阀门，保证疏放水量。

8.2.6 按规定检修排水设施，备用设备及配件保证供应，确保矿井正常排水。

8.2.7 主排水系统分储分排。

在一二水平水仓和水泵房，通过控制阀门开关和铺设专用排水管路（φ159mm），使一二水平水仓和水泵房形成两套独立的排水系统，将水质好的矿井水和水质差的矿井水分储分排，具体操作过程如下：关闭二水平水仓2-2、2-4、2-5 水泵阀门和2-9 水仓联络阀门；关闭一水平水仓1-1、1-3、1-6水泵阀门和1-9 水仓联络阀门；铺设一趟一水平材料暗斜井上平盘至一水平1# 水泵吸水井的专用排水管路（φ159mm），地面铺设一趟副井出水口至净水车间的专用管路（φ219mm），见图3。

8.2.7.1 水质好的矿井水排水方案

北一15 层水仓和SW1403 工作面涌水水质较好，通过南翼采区和北一采区专用管路直排至二水平水仓1#水仓内，通过二水平1#、2#水泵经专用排水管路（φ159mm）排至一水平水仓1#水仓内，再经一水平1#、2#水泵经副井的一趟排水管路（φ219mm）排至地面净水车间。

8.2.7.2 水质差的矿井水排水方案

二水平生产用水经大巷水沟流入二水平水仓的2#仓，通过二水平3#水泵经另一趟排水管路（φ159mm）排至一水平西三大巷水沟内，流入一水平2#水仓内，再经一水平3#水泵经副井的另一趟排水管路（φ219mm）排至地面排水井内。

8.3 高水压

南翼采区14 煤层老空水积水标高-465m，积水高差120m，水压1.2Mpa，水压高，疏放水前和疏放水过程中需采取以下措施：

8.3.1 采用多次疏水降压的方案进行疏放水，保证同一老空水体下掘进时，老空水的水头高度不得大于10m，达到10m 时，立即停止掘进进行疏放水作业。

8.3.2 疏放水地点要加强帮顶支护。

8.3.3 疏放水钻孔施工时，止水套管长度为15m。

8.3.4 疏放水止水套管需安装两道保护，并与顶板连接牢固。

8.3.5 疏放水钻孔安装止水套管后利用两堵一注装置，使用专用的封堵材料进行封堵，封堵材料硬化后，进行放水孔耐压试验，试验压力不得低于2Mpa，试验时间不得低于30 分钟。

8.3.6 分次疏水降压，降低安全风险。

8.4 长时间

本次疏放水时间长，上部14 煤层老空水全部放完需15个月左右，必须保证疏放水钻孔施工质量和排水设备完好程度，具体要求如下：

8.4.1 止水套管选用8mm 厚壁管材加工。

8.4.2 加强设备检修，使设备处于最佳工作状态。

8.4.3 加强疏放水期间的管理，保证出水量，减少影响时间，从而缩短疏放水时间，保证矿井正常生产接续。

9 结论

晓南矿属于煤层群开采，因长期开采形成的老空区越来越多，老空水防治趋于复杂化。通过在疏放水工作面中总结经验，逐渐形成一套完善的疏放水体系，确保老矿井在防治水方面的长治久安。