禹州大刘山煤业采空区水害防治技术研究与应用

连志伟

（禹州大刘山煤业，河南 许昌 461670）

1 概 况

水害事故是仅次于瓦斯事故的煤矿群死群伤“第二杀手”，同时也是制约我国煤炭资源安全经济开采的主要灾害之一。由于历史原因，一些老矿井老空区往往缺乏甚至没有可靠的技术资料，水情难以分析判断，并且这种水体分布集中，水压传递迅速，采掘工作面一旦接近，老空积水便可突然溃出，发生透水事故，是煤矿生产过程中普遍存在的一种水害，资源整合、兼并重组后的矿井尤为突出，是煤矿防治水的重点。

禹州市大刘山煤业有限公司（以下简称大刘山煤业） 是河南永锦能源有限公司与湖北兴鸿基贸易有限公司于2012 年6 月注册成立的兼并重组矿井，位于禹州市神垕镇于沟村境内，相邻煤矿北部为平禹新明煤业，南部为大兴煤业，东部为聂家沟煤矿，西部为大兴煤业。矿区东西长约1.5 km，南北宽约0.5 km，面积0.769 4 km2。大刘山煤业矿井全井田共划分为1 个采区，即11 采区，11 采区共布置8 个综采工作面，矿井目前处于升级改造阶段，首采工作面为11060 综采工作面。大刘山煤业在11 采区+160 m 水平建立了11 采区水仓和泵房，水仓容量890 m3，能够容纳矿井8 h 正常涌水量；11 采区泵房安装MD-120-6×50 多级离心泵3 台，排水管二趟φ108 mm 无缝钢管，沿主井井筒敷设，直排地面，实测排水能力最大309.5 m3/h，能在20 h 内排出矿井24 h 的正常涌水量（矿井正常涌水量20 m3/h），能够满足矿井排水需要。

由于大刘山煤业为兼并重组矿井，为了保证工作面安全开采，采用物探与钻探相结合的方法，对大刘山煤业及其周边采空区进行探查疏放。

2 采空区分布

2.1 井田内及周边老窑分布情况

大刘山煤业西南临郏县大兴煤业，东北与平禹新岭煤矿相邻，北临平煤新明煤业有限公司，周边矿井相对位置如图1 所示。

图1 大刘山煤业四邻关系图Fig.1 Relationship of the neighbors around Daliushan Coal Industry

根据调查，大刘山煤业周边煤矿共有老窑采空区5 处，分别为大兴煤业一号采空区，位于井田外西南部；大兴煤业二号采空区，位于矿区西南部；大兴煤业三号采空区，位于矿区南部；大兴煤业四号采空区，位于矿区东南部；神垕镇聂家沟煤矿采空区，位于矿区东南部，累计采空区面积248 967 m2，如图2 所示。

图2 周边煤矿采空区分布Fig.2 Distribution of goaf in surrounding coal mine

2.2 矿井采空区分布情况

根据调查和《禹州市大刘山煤业有限公司地面瞬变电磁勘探报告》，推测二1 煤老窑采空区4 处，分别为CK01 采空区，位于矿区西北部；CK02 采空区，位于矿区西部；CK03 采空区，位于矿区东部；CK04 采空区，位于矿区东南部，累计采空面积328 478 m2，如图3 所示。

图3 大刘山煤业采空区分布Fig.3 Distribution of goaf in Daliushan Coal Industry

3 物探情况

为查明矿区范围内二1 煤层老窑采空区及积水区分布情况，按照《煤矿防治水规定》第四十条规定，大刘山煤2022 年4～5 月委托河南省煤炭地质勘察研究总院对大刘山煤业井田范围内及周边200 m 范围进行了地面瞬变电磁勘探，预计二1 煤层采空区积水区水量，评价其对二1 煤层采掘活动的影响，探测二1 煤层顶底板主要含水层富水性。

结合地质资料分析提取了二1 煤层、二1 煤层顶板大占砂岩（+20 m）、底板太原组上段灰岩（-15 m）、太原组下段灰岩（-35 m） 和寒武系灰岩（-60 m） 的视电阻率顺层切片数据（图4），排除数据干扰因素后推测较为可靠的低阻异常区3 处，分 别 为DZYC01、DZYC02、DZYC03。DZYC01、DZYC02 和DZYC03 位于本区东南部郏县大兴煤业采空区范围内，推测是由采空区积水引起的低阻异常。

图4 二1 煤层瞬变电磁视电阻率平面图Fig.4 Plane of transient electromagnetic apparent resistivity of No.II-1 coal seam

4 钻探验证

结合物探情况，2022 年6 月初在11 采区轨道下山进行了井下掘进工作面钻探验证。施工地点为11 采区皮带下山，11 采区皮带下山北部为西翼回风巷，南部为原11 采区皮带下山联络巷，东部为11 采区轨道下山，西部为实体煤和二号采空区，11 采区皮带下山为岩巷，布置在二1 煤层底板中。根据11 采区皮带下山地质超前探及物探验证，共设计钻孔17 个，其中巷道正前方施工了6 个钻孔，左侧施工了6 个钻孔，右侧施工了5 个钻孔，探明11 采区下部开拓工程掘进前方55 m 范围及左右两帮30 m 范围内的地质和水文地质情况，每个钻孔均下设孔口管，采用水泥浆固管，如图5 所示，钻孔设计参数见表1。

表1 钻孔设计参数Table 1 Drilling holes design parameters

图5 11 采区皮带下山首次地质超前探及物探验证钻孔设计Fig.5 The first geological advanced exploration and geophysical exploration verification drilling holes design of belt downhill in No.11 mining area

4.1 钻孔施工情况

11 采区皮带下山共测斜6 个钻孔，GD-1、P-2、P-5 号钻孔为验证钻孔全部测斜，总测斜率35%，其中GD-1 号钻孔测斜51 m，实际见煤位置较理论见煤位置低1.5 m，偏左1.2 m；GD-5 号钻孔测斜55 m，实际见煤位置较理论见煤位置高1.1 m，偏左1.3 m；P-2 号钻孔测斜42 m，实际见煤位置较理论见煤位置低2.9 m，偏右0.8 m；P-4 号钻孔测斜72 m，实际见煤位置较理论见煤位置低1.0 m，偏右1.9 m；P-5 号钻孔测斜42 m，实际见煤位置较理论见煤位置低1.2 m，偏左0.9 m；P-7号钻孔测斜68 m，实际见煤位置较理论见煤位置低2.1 m，偏右2.3 m。

施工过程中，共有6 个钻孔出水，根据水质化验结果、出水气味和出水颜色，判定为老空积水。初始最大水压0.1 MPa，其中P-1 号钻孔56 m 处出水，最大出水水量90 m3/h；P-4 号钻孔73 m 处出水，初始水压0.060 MPa；P-8 号钻孔62 m 处出水，初始最大出水量10 m3/h；P-9 号钻孔61 m 处出水，初始最大出水量76 m3/h；P-10 号钻孔60 m处出水，初始最大出水量40 m3/h；P-11 号钻孔58 m 处出水，初始最大出水量40 m3/h；其余施工的钻孔孔内均无出水。

4.2 老空水疏放

根据实钻情况、物探成果、水质化验报告、大兴煤矿采掘图等资料分析，11 采区皮带下山预掘前方56 m 处为大兴煤矿采空区，采空区内存在大量老空积水，老空积水面积75 496 m2，初始老空积水水位标高+125—171 m，初始老空积水量10.16 万m3。自P-1 号孔钻探出水后，共疏放水7.9 万m3，水压降至0，累计涮孔3 次后钻孔不再出水，确保疏干放净。11 采区皮带下山第1 轮地质超前探及物探验证共施工3 个验证钻孔，3 个钻孔均未出水，同时钻探施工结束后进行了瞬变电磁物探验证，利用钻探和物探双验证确保了工程准确性和可靠性。

5 结 语

禹州市大刘山煤业有限公司为兼并重组矿井，附近老窑多，采空区错综复杂和部分地点水文地质情况不明，为保证大刘山煤业安全生产，此次采用物探与钻探相结合的方法对该矿采空区积水进行探查，圈定了3 处电阻异常区，并施工了17 个钻孔进行验证，探明11 采区下部开拓工程掘进前方55 m 范围及左右两帮30 m 范围内的地质和水文地质情况，确定了采空区积水面积75 496 m2，积水量10.16 万m3。共疏放采空区积水7.9 万m3，水压降至0，后又施工3 个验证钻孔，确保疏放干净，保证了后期采掘作业的安全。