孤島工作面探放老空水技術(shù)應(yīng)用

張家峰　汪　佩

(1.河南能源集團(tuán)永煤公司車集煤礦；2.河南能源集團(tuán)永煤公司城郊煤礦)

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孤島工作面探放老空水技術(shù)應(yīng)用

張家峰1汪佩2

(1.河南能源集團(tuán)永煤公司車集煤礦；2.河南能源集團(tuán)永煤公司城郊煤礦)

摘要在孤島工作面掘進(jìn)過程中解決周邊老空水的探放問題，一直是煤礦防治水工作的難題。結(jié)合車集煤礦2612孤島工作面特點(diǎn)，采用階段循環(huán)和集中疏放水方式對老空水進(jìn)行了探放，為疏放采空區(qū)積水提出了新方法、新思路，提高了煤礦老空水的防治水平，消除了老空區(qū)積水的威脅，為老空區(qū)水害防治工作提供了實(shí)踐依據(jù)。

關(guān)鍵詞孤島工作面探放水水害防治

河南能源集團(tuán)永煤公司車集煤礦于1999年12月29日投產(chǎn)，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力1.8 Mt/a，2009年核定生產(chǎn)能力為2.8 Mt/a，屬全隱蔽煤田。采用立井單水平上、下山開拓方式，走向長壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板。主采山西組二2煤層，屬Ⅲ類不易自燃煤層，水文地質(zhì)條件中等。

在孤島工作面掘進(jìn)過程中,其周邊老空水始終是煤礦防治水工作方面的難題，而探放水效果關(guān)系到礦井正常的采掘接替以及掘進(jìn)和回采期間的施工安全，不容忽視。

1工作面概況

車集煤礦2612工作面位于2610、2614工作面之間，2610和2614工作面分別于2013年5月、2014年6月回采結(jié)束，為一典型的孤島工作面。積水區(qū)位于2614采空區(qū)內(nèi)，積水面積210 230 m2，積水量157 673 m3，積水標(biāo)高-798.3 m，水壓0.323 MPa，老空動水量約45 m3/h，自2614上巷流出。為保障2612工作面下巷掘進(jìn)期間施工安全，按照《煤礦防治水規(guī)定》的相關(guān)要求，需對2614老空水進(jìn)行超前探放，預(yù)計疏放2614采空區(qū)積水量 91 062 m3。

2探放水設(shè)計方案

(1)探放水前期準(zhǔn)備工作。查明2614采空區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、煤層產(chǎn)狀、頂?shù)装鍘r性以及工作面回采情況，相鄰采空區(qū)之間的水力聯(lián)系，采空區(qū)與地表水體、斷層構(gòu)造帶的水力聯(lián)系程度等，確定積水區(qū)空間位置、積水區(qū)外緣標(biāo)高、積水線、探水線、警戒線[1]，編制探放采空區(qū)積水設(shè)計，計算采空區(qū)積水面積、積水量。

(2)探放水設(shè)計方案選擇。2612下巷外段整體緩下山掘進(jìn)，里段為緩上山掘進(jìn)，結(jié)合2614工作面老空積水特點(diǎn)和2612下巷掘進(jìn)要求，選擇分階段循環(huán)和集中疏放水相結(jié)合的方式，對2614工作面老空水進(jìn)行疏放。

(3)探放水設(shè)備。選擇ZDY3200S型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)1臺，2ZBQ-3/21型風(fēng)動注漿泵1臺，3臺37 kW的排沙泵，1臺備用。

3分階段循環(huán)放水

在沿空掘進(jìn)期間，根據(jù)巷道坡度，待巷道掘進(jìn)至探水線時采用疏放→掘進(jìn)→再疏放→再掘進(jìn)的方式，保證水位不高于原巷道底板1.5 m以上，實(shí)現(xiàn)老空水的有效疏放。

本次分階段循環(huán)放水累計設(shè)置放水點(diǎn)6個，施工放水孔19個。放水鉆孔從探水線開始向前方呈半扇形成組布設(shè)，各開孔位置均位于巷道下幫，與煤柱側(cè)巷幫垂直或斜交，下設(shè)孔口管4 m，鉆孔孔深均以探透老空區(qū)為準(zhǔn)。當(dāng)透孔后水量無增加，可視為探放水結(jié)束，經(jīng)評價后方可繼續(xù)向前掘進(jìn)施工下一階段放水孔[3]。

4集中疏放水

在2614放水巷最低點(diǎn)設(shè)置放水鉆場，向積水區(qū)布置鉆孔，鉆孔呈梯次扇形成組布設(shè)，鉆孔終孔位置以滿足平距3 m為準(zhǔn)，厚煤層內(nèi)各孔終孔的垂距不得超過1.5 m[1]，力爭鉆孔一次打到積水目標(biāo)區(qū)。

4.1放水鉆孔方位及開孔位置選擇

嚴(yán)格按照疏放水鉆孔設(shè)計參數(shù)，采用全站儀放線，現(xiàn)場標(biāo)定方位線及開孔位置，以保證探放水的準(zhǔn)確性。集中放水鉆孔設(shè)計參數(shù)見表1，鉆孔平面布置見圖1。

表1　鉆孔設(shè)計參數(shù)

注：先施工探1#、2#、3#，再施工探4#、5#、6#；待動水穩(wěn)定后施工驗(yàn)1#、2#； 鉆孔孔長以施工至老空區(qū)為準(zhǔn)。

4.2鉆孔施工技術(shù)

鉆孔施工流程：鉆φ133 mm→下φ108 mm孔口管并加固，且進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓值不超過2 MPa→φ89 mm鉆頭掃孔排渣。

(1)鉆孔。使用φ133 mm鉆頭開孔，若塌孔，使用“取芯下管”法開孔下管，即把孔口管的短接從中間鋸開，制成鋸齒狀，連接到孔口管上。在孔口管的末端安裝一個變頭，使孔口管與鉆桿連接，經(jīng)鉆機(jī)鉆進(jìn)，孔口管直接進(jìn)入煤壁中，連接孔口管達(dá)到設(shè)計深度后，直接注漿固管。使用φ89 mm鉆頭掃孔，排除孔口管內(nèi)煤渣，掃孔深度不得超過孔口管長度。

圖1　集中放水鉆孔平面布置

(2)孔口管埋設(shè)和試壓。固管完成后，將壓力水管與套管連接牢固，向套管內(nèi)連續(xù)壓清水，將套管與孔壁之間的殘留巖粉沖出，打通返漿通道。采用P.O 42.5#水泥(水灰體積比1:1)，待加固孔口管的水泥漿凝固后(12 h)，掃孔鉆進(jìn)超過下設(shè)孔口管長度0.5 m，使用風(fēng)動注漿泵進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，將注漿泵通過注漿管與鉆孔連接，向孔口管內(nèi)注入清水，壓力達(dá)到2 MPa，且孔壁不漏水，方可安裝高壓閘閥和防噴裝置，并采用三棱鉆桿鉆至采空區(qū)。

4.3老空積水水位動態(tài)監(jiān)測

水位、水量觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計是評價放水效果的重要依據(jù)，是分析判斷采空區(qū)積水的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

選擇在放水硐室設(shè)置水位監(jiān)測裝置，利用“U”形連通器原理，測量老空區(qū)積水水位標(biāo)高，同時配備小量程水壓表，正常放水情況下8 h由專人負(fù)責(zé)觀測兩次，動態(tài)監(jiān)測老空區(qū)積水水位變化情況，并做好詳細(xì)記錄[2]。根據(jù)水位觀測，水量減小或水位升高時要及時透孔。

5探放水效果評價

2614老空區(qū)累計放水達(dá)53 d，總放水量約12.6萬m3，老空水位自-801.6m降至-819.0 m，放水完成后放水孔流出的動水約45 m3/h，因2614采空區(qū)下部低洼，剩余積水不能有效疏放。經(jīng)施工驗(yàn)證孔及水位觀測裝置驗(yàn)證，2614采空區(qū)下部為冒落及底板鼓起帶，造成下部弱含水層或無水，故2612下巷掘進(jìn)期間已不受水害威脅，允許掘進(jìn)。

6結(jié)論

(1)結(jié)合車集煤礦2612孤島工作面特點(diǎn)，采用階段循環(huán)和集中疏放水方式對老空水進(jìn)行了探放，為疏放采空區(qū)積水提供了新方法、新思路，提高了煤礦疏放老空水的防治水平，消除了老空區(qū)積水的威脅。

(2)在疏放水過程中，采用小量程水壓表及水位觀測裝置，動態(tài)掌握積水水位變化情況，有利于驗(yàn)證施工設(shè)計參數(shù)，可在老空水疏放工程中推廣應(yīng)用。

(3)固管試壓成功之后，鉆進(jìn)中用三棱鉆桿代替圓鉆桿施工，解決了鉆進(jìn)過程中的塌孔問題，有效提高了施工進(jìn)度和放水效果。

參考文獻(xiàn)

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局,國家煤礦安全監(jiān)察局．煤礦防治水規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[2]武強(qiáng)，趙蘇啟，董書寧，等．煤礦防治水手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2013.

[3]楊宗坡.平頂山礦區(qū)沿空掘進(jìn)探放水工藝優(yōu)化及應(yīng)用[C]∥第七次全國煤炭科學(xué)技術(shù)大會論文集(下冊).北京：中國煤炭工業(yè)協(xié)會，2011：10-11.

(收稿日期2015-09-03)

張家峰(1979—)，男，助理工程師，476600 河南省永城市。