腾晖煤业2 号煤层老窑巷道积水疏放技术研究

杨 军

（霍州煤电集团河津腾晖煤业有限责任公司，山西 运城 043302）

关键字：采空区；物探；钻探；探放水

0 引 言

水害一直是影响矿井安全的潜在杀手，由于井下地质情况错综复杂，断层、褶皱等地质构造会将含水位置点和掘进、回采区域贯通，从而产生瞬间大量水涌出的现象，后果不堪设想。目前我国常用的水害防止措施为“钻探为主，物探为辅”。腾晖原海圣煤业三采取巷道掘进过程中，通过综合分析地质报告，发现距离巷道一定水平位置100 m 范围内存在大的构造带、老窑巷道，对于是否存在水害情况无法下定论。为解决以上问题，现使用大地电磁法在三采取10 号煤层运输顺槽进行物探测量；随后使用目前定向长钻孔技术施工钻孔进行钻探验证；通过综合分析物探剖面云图及钻探钻孔情况，对三采区运输巷道周围水害情况进行分析评估。研究成果对于其他矿井水害防治具有一定指导意义。

1 矿井及三采区概况

腾晖煤业核定产能120 万t/a，为高瓦斯矿井，2020 年接替至三采区。三采区倾向长度1 800 m，走向长度3 000 m，主采煤层2 号煤层，平均煤层厚度6.24 m，平均煤层倾角7°，埋深150～470 m，整体地质情况简单。2 号煤层顶板粉砂岩，平均厚度3 m；底板为砂质泥岩，平均厚度3.7 m；煤层顶板3～7m范围内为泥岩，7～12 m 位置为砂岩含水层。泥岩为隔水层，当未进行开采作业时，含水层水不会流入2号煤层工作区域；当进行采动、掘进作业时，2 号煤层上覆岩层会产生扰动形成裂隙、孔隙，从而导通含水层和工作面。三采区巷道相对位置图如图1 所示。

图1 三采区巷道布置图

2 三采区地质分析

根据腾辉煤业三采区地质分析报告可知，三采区上覆岩层存在含水层，现场勘察发现，水量较小，因此含水层对于工作面开采、巷道掘进威胁较小。

三采区存在23 座废弃井口、8 座关闭小煤窑，采空区11 处。区域内原各小煤窑采空区多有连通，受井田西低东高的单斜构造影响，周边采空积水向井田中部采空区形成补给。三采区采掘活动范围大部分在采空区域内，在施工过程中需要揭露采空区，形成采空区积水突水威胁，且在有隐伏导水构造横向沟通积水区与三采区井巷工程时，则会发生严重的采空积水突水事故。采空区积水是三采区最大的水害隐患。

综上所述，三采区地质构造复杂，原先矿井采空区、废旧巷道较多，因此主要灾害为老窑区域。

3 三采区物探及钻探

根据三采区水害危险性地质情况分析可知，三采区主要水害来源于老窑水、采空区积水。需要对水害位置点进行确定。仅通过钻探，具有盲目性，因此需要通过物探进行探测。目前采空区水害物探方式中瞬变电磁法探测已相对成熟，现采用瞬变电磁法确定水害区域，采用钻探的方法进行验证。

3.1 三采区物探及分析

为探测矿井水害，三采区水害物探使用瞬变电磁法，使用仪器设备为瞬变电磁仪TEMHZ75，采集点位置为10 号煤层运顺巷，沿着10 号煤层运输巷进行数据采集，得到10 号煤层运输巷前方300 m 范围内电阻率云图如图2 所示。

图2 瞬变电磁电阻率云图

由图2 可知，材料大巷230 m 距离段出现电阻低阻异常区，运输大巷270 m 范围出现电阻低阻异常区，距离10 号煤主运输巷200 m 区域出现电阻低阻异常区，预测该区域为采空区。根据矿井开采方式，矿井均采用条带式开采方式，采空区积水区域为原采面煤层底板标高最低点，因此推测电阻率运通中（200,200）坐标点为原上覆开采工作面最低点，呈现地主区域面积较大，（300,200）坐标点为原上覆开采工作面临近工作面，整体标高比（200,200）最标点工作面高，因此出现低阻区域面积较小的特征，（100,150）坐标点低阻区域也是同样原理。由于瞬变电磁法影响因素比较多，局部金属设备也会干扰采集的信息，因此电阻率云图仅可定性分析采空区位置点，对于是否为积水点、水量大小仍需钻探验证。

综合分析采空区为距离10 号煤主运输巷200～300 m 范围内，为电阻率低阻异常区，采空区一般为低阻区域，因此推断该区域为采空区，采空区内积水量分析需进行钻探分析。

3.2 三采区钻探及分析

根据物探结果可知，运输大巷、材料大巷周围区域存在采空区，采空区位置点为10 号煤主运输巷200～300 m 范围内，距离运输大巷100 m 范围内低阻异常情况尤为突出。为验证采空区范围内是否积水及采空区内含水量情况，现使用定向长钻孔技术进行钻探。定向长钻孔具有精度高、可开分支等优点，钻孔轨迹可以直接测量，因此，使用定向长钻孔进行钻探工作。

本次钻探使用威利朗沃VLD-1000 型分体液压钻机，钻机设备如图3 所示，钻孔设计图如图4 所示，钻孔施工情况见表1。

表1 钻孔施工情况表

图3 钻机设备图

根据钻孔施工情况可知，1 号钻孔施工249 m，施工期间未出现钻孔内出水现象，推测该区域无水或水量较少。2 号钻孔施工至225 m 位置点时，钻孔出水，出水量为20 m3/h；3 号钻孔施工至285 m 位置点时，钻孔内出水，出水量为30 m3/h；4 号钻孔施工至281 m 位置点时，钻孔内部出水，出水量为150 m3/h；为精确研究该区域水害情况，对各钻孔水量进行为期14 d 的监测分析，监测结果见图4。

图4 钻孔设计图

根据图5 可知，1 号钻孔在14 d 时间范围内均为出水，基本排除该区域存在大量水的情况。2、3 号钻孔水量大小均在第7 d 时出现小的波动，但整体影响较小，2 号钻孔最大涌水量24 m3/h，3 号钻孔最大涌水量40 m3/h；4 号钻孔最小涌水量149 m3/h，最大涌水量161 m3/h，整体呈现小范围递增趋势。

图5 钻孔水量统计图

综合分析，4 号钻孔281 m 位置点出水量最大，1、2、3、4 号钻孔整体涌水量呈现递增趋势。3 号钻孔到4 号钻孔之间水量梯度增量最大，因此可以推测，4 号钻孔终点位置为水害集中区域，运输大巷掘进过程中会遇见此位置点。

3.3 水害防治措施

依据钻探验证情况分析，4 号钻孔281 m 位置点为主要水害集中点，钻孔最大涌水量达到161 m3/h，该位置点为设计运输大巷、材料大巷必须通过的位置点，根据标高现实，该区域距离2 条大巷标高平均高差为12 m，水害可以通过两方面同时实施来控制，分别是：①注浆封堵；②预排水。

3.3.1 注浆封堵措施

注浆封堵措施如下：在运输大巷、材料大巷上部7 m 位置区域施工钻孔，注入水泥浆，水泥浆中加入速凝剂，水灰比1∶1.6 ，材料为普通硅酸水泥，使用定向钻机施工于巷道掘进方向平行的钻孔，钻孔排间距5 m，单个钻孔平均施工长度300 m，覆盖物探水害影响区域。钻孔施工40 排，平向控制200 m 区域，可以控制顶板采空区水大量流入巷道掘进区域。

注浆封堵措施主要原理为在掘进工作面上部构建隔水层，有效控制采空积水深入掘进工作面；同时提高上覆岩层刚度，防治回采过程中掘进工作面上覆岩层挠度过大产生大的裂隙所形成的导水通道。

3.3.2 预排水措施

在4 号钻孔勘测区域施工钻孔6 个，孔径145 mm，钻孔端部封孔注浆，采用“两堵一注”的方法进行封孔，防治水外溢，使用聚氨酯封孔。安装排水管，将水引入主水管，该工序在2 条大巷掘通过4 号钻孔勘测积水点前60 d 施工完成，通过计算60 d 可排水864 000 m3水量，根据该区域类似排水情况分析，该排水量基本可以将采空区内积水排干净，防止老窑水涌入掘进工作面的情况。

3.4 小 结

通过分析物探和钻探数据可知，在运输大巷和材料大巷掘进过程会出现采空区，但采空区中主要水来源于4 号钻孔位置区域，最大涌水量161 m3/h，后期掘进过程汇总仅需要根据探放水规定，“逢掘必探”，后期进行掘进工程中，每个循环施工探放水孔，防止出现局部水害。

为保证三采区掘-采衔接平衡，需实施注浆封堵和预排水两项水害措施，措施的实施需和整个掘进工作面工期衔接。

4 结 论

本文使用物探、钻探的方法对腾晖煤矿三采区水害情况进行了研究，物探采用瞬变电磁法，钻探使用定向长钻孔技术，通过以上措施的实施得出以下结论：

1）瞬变电磁技术数据分析结果显示，距离10号煤主运输巷20～300 m 范围内存在采空区，是否存在水害情况不能确定。

2）通过施工定向长钻孔，发现水害位置点距离10 号煤主运输巷约280 m。

3）定向钻孔“一孔两用”，进行水害探测时作为地质孔；施工完成后定向钻孔作为疏放水孔。

综上所述，通过实施物探技术和钻探技术，有效解决了三采区区域水害问题，同时为后期局部水害防治提供了指导依据。