13112 工作面下巷充水因素分析与采空区探放水工程设计

刘宁宁

（河南能源义煤公司 石壕煤矿，河南 三门峡 472000）

1 概况

我国是世界上受矿井水患威胁最严重的国家之一，矿井水患主要是地下水通过岩层裂隙、构造等导水通道以突发等形式涌入矿井地下空间。水灾事故具有伤亡严重、救援困难等特点，极易造成巨大的人员伤亡和财产损失，矿井水害是制约我国煤矿安全生产的主要因素之一。矿井水灾事故的源头有很多，但相关资料显示，在我国发生的水灾事故中，有85%以上是采空区积水和底板承压水引起的，因此，采空区积水和底板承压水成为矿井水害防治的重点对象。本文以石壕煤矿13112 工作面下巷水文地质条件为工程背景，通过分析试验巷道充水因素，进行采空区探放水设计，为石壕煤矿13112 工作面安全掘进及13112 工作面安全回采提供保障。

石壕煤矿13112 工作面下巷位于13 采区上山北翼，服务于13112 工作面，满足通风、行人等需要，13112 工作面主要复采13091、13111、13131采空区底部剩余资源，工作面西部为13090 工作面采空区、东部为13131 采空区及F45 断层保护煤柱，北临13 采区轨道上山，工作面开采煤层厚度1.5～2.0 m，二1 煤层直接顶板为大占砂岩，平均厚10.81 m，目前采空区内顶板已破碎垮落，形成再生顶板，再生顶板胶结不实，易垮落，底板为黑色泥岩、砂质泥岩，平均厚4.16 m。

2 巷道充水因素分析

（1） 地表水。

经调查13112 工作面下巷及附近区域上部无地表水体存在，13112 工作面下巷掘进施工不受地表水影响。

（2） 顶板含水层水。

13112 工作面下巷掘进区域煤层顶板含水层为二1 大占砂岩含水层，顶板直接充水含水层，该含水层在巷道掘进区域平均厚度10.81 m，由于工作面开采下分层煤层，上分层开采后（开采厚度3.5～4.0 m） 顶板岩层完整性遭到破坏，已垮落，导致含水层含、富水性较弱，且不均一，在巷道掘进施工中表现为顶板滴、淋水。

（3） 底板含水层。

13112 工作面下巷掘进区域煤层底板含水层主要有太原组灰岩含水层、奥陶系灰岩含水层。

太原组灰岩含水层为底板直接充水含水层，该含水层出露及补给条件差，岩溶裂隙不发育，突水量小，突水以静储量为主，对正常施工会造成一定影响，但不构成安全威胁。

奥陶系灰岩含水层为底板间接充水含水层，该含水层补给径流条件好，但富水性不均一，单位涌水量为0.00124～0.847L/s·m，渗透系数为0.00312～3.247 m/d，该区域煤层底板距离奥灰平均距离为50 m，底板受构造破坏地段奥灰水突水系数T＝0.029 MPa/m，小于0.06 MPa/m，属安全区。

（4） 采空区积水。

13112工作面下巷将在13131 工作面采空区及13111 工作面采空区下掘进，并通过13131 下探巷。13131工作面采空区已揭露，无出水。据已有地测资料显示及分析，13111 工作面采空区内及13111 工作面探巷内有积水，积水不联通，因此，采空区积水给13112 工作面下巷掘进带来一定的威胁。

综合上述，采空区积水给13112 工作面下巷掘进带来一定的威胁，巷道掘进要对采空区积水进行探查，根据探查结果，采用必要的防治水措施，保证13112 工作面下巷的安全掘进。

3 采空区探放水工程设计及应用

3.1 采空区探放水工程设计

13112 工作面下巷前方为13111 采空区，采空区内存在低洼区域，经瞬变电磁勘探未见水害异常区，为进一步查明13111 采空区积水情况，采用钻探的方式对13111 采空区进行查证，具体设计如下。

3.1.1 钻探设备

钻机采用ZDY-3200S 型探水钻机，采用钻机配套钻杆，钻头为规格φ133 mm 和φ94 mm。

3.1.2 钻孔结构

钻孔开孔孔径为φ133 mm，0 ～10 m 下入φ108 mm 套管，注浆加固试压3 MPa 后使用φ94 mm 钻进至终孔，探水钻孔兼作放水钻孔。探放水位置标高+305 m，该区域预计老空水水压0.02 MPa，此次设计一级止水套管，套管长度10 m。

3.1.3 钻孔布置

此次钻探为探查13111 采空区及探巷积水情况，钻场设计位置为距偏盘口以里130 m 处，共设计4 个探放水钻孔，孔深40～45 m，具体钻孔参数见表1，钻孔布置如图1、图2 所示。

图2 钻孔布置剖面图Fig.2 Drilling hole layout profile

表1 探放水钻孔参数Table 1 Drilling hole parameters for water exploration and drainage

图1 钻孔布置平面Fig.1 Drilling hole layout plane

3.1.4 钻孔施工工艺

（1） 首先采用规格φ133 mm 钻头进行开孔，钻进至设计套管深度（深度约10.5～11.0 m） 后，下规格φ108 mm 套管，并采用水灰比1∶0.7～1∶1 的水泥浆注浆固管，固管凝固后用φ94 mm钻头透孔，然后进行套管耐压试验，耐压试验合格后，采用规格φ94 mm 钻头继续钻进至终孔（深度约40～45 m）。

（2） 注浆固管工艺流程。规格φ108 mm 套管用螺丝固定后，向套管内连续压入清水，冲出套管与孔壁之间残留岩粉，然后采用水泥浆进行注浆固管。

（3） 施工顺序：φ133 mm 钻头开孔—下φ108 mm 套管—注浆固管—φ94 mm 钻头透孔试压—合格后继续采用φ94 mm 钻头钻进至终孔—拔钻—放水。

（4） 钻孔放水结束后，采用水灰比1∶0.7～1的水泥浆进行封孔，封孔注浆压力不低于2.0 MPa。

3.2 采空区探放水工程应用

石壕煤矿13112 工作面下巷进行了采空区探放水查证，通过探放水钻孔累计疏放水量2021 m3，其中疏放13111 工作面采空区积水1550 m3，疏放13111 工作面探巷积水471 m3。

4 结语

以石壕煤矿13112 工作面下巷水文地质条件为工程背景，分析试验巷道充水因素，分析表明采空区积水给13112 工作面下巷掘进带来一定的威胁，巷道掘进要对采空区积水进行探查，基于此设计了采空区探放水工程，并进行了现场应用。通过探放水钻孔累计疏放水量2021 m3，采用采空区探放水工程，有效查证了13112 工作面下巷邻近采空区积水情况，并进行了疏放，保证了13112 工作面下巷的安全掘进，为13112 工作面开采提供安全保障。