綜掘工作面探放采空區(qū)水快速掘進(jìn)之淺見

孟憲帥

摘要：山西古交西山義城煤業(yè)18103綜采工作面進(jìn)風(fēng)順槽沿8#煤層走向掘進(jìn)，根據(jù)分析鄰近8#煤層采空區(qū)內(nèi)有積水。根據(jù)積水情況及采掘銜接緊張現(xiàn)狀，采取了專門施工探放水鉆場(chǎng)和工作面迎頭物探、鉆探相結(jié)合的超前探放水措施，取得了較好的效果，此項(xiàng)工程是典型的探放水快速掘進(jìn)工程實(shí)例，為老空水的防治及縮短施工工期提供了借鑒和幫助。

關(guān)鍵詞：礦井綜掘;鉆場(chǎng);探放水

1 前言

山西古交西山義城煤業(yè)有限公司屬整合礦井，地處西山煤田西北邊緣地帶，礦井地質(zhì)條件中等，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，斷層多，地表煤層出露，歷史上多被小窯開采，破壞嚴(yán)重，采空區(qū)老空巷多，積水積氣情況復(fù)雜。造成井巷工程施工難度大，巷道斷面、支護(hù)形式、長度變化較大，變更較多，采掘銜接一直緊張。如何更好地加快掘進(jìn)速度，形成綜采工作面并在嚴(yán)格執(zhí)行探放水工作的前提下，能夠盡快安全回采，一直是困擾該煤礦安全生產(chǎn)工作的重要問題。

2 18103進(jìn)風(fēng)順槽工作面概況及水害威脅情況

2.1 18103進(jìn)風(fēng)順槽工作面概況

18103進(jìn)風(fēng)順槽開口于軌道下山B點(diǎn)，沿8號(hào)煤層頂板施工、前進(jìn)方位231°，設(shè)計(jì)直線長度364m。巷道的斷面4.0m寬、高度為3.0m，支護(hù)方式為全錨;四鄰井巷工程：北西面為18101工作面8號(hào)煤采空區(qū)（有積水）;南面為小窯破壞區(qū);其余方面為8號(hào)煤實(shí)體。

本工作面處于一向斜構(gòu)造，煤層傾角8-14°。南東面相距本巷道50m、100m左右分別平行分布有兩條落差10m左右的斷層F28（141°<72°）、F29（321°<60°）。18103進(jìn)風(fēng)順槽主要在8號(hào)煤層中掘進(jìn)， 鄰近的鉆孔有 824#。

2.2 水害威脅情況

本工作面不屬于帶壓開采。

老（采）空積水是本井田最主要的水害威脅，9號(hào)、10號(hào)煤層均為實(shí)體。據(jù)調(diào)查0-364m段 8號(hào)煤層為實(shí)體，南西面鄰近臺(tái)盤礦破壞區(qū)8號(hào)煤為采空區(qū)，有積水;西北面鄰近18101工作面采空區(qū)，有積水。巷道施工中應(yīng)充分考慮8號(hào)煤采空區(qū)的積水情況。據(jù)調(diào)查8號(hào)煤采空高度4.5m左右，為房柱式開采。本該工作面水文地質(zhì)情況中等。預(yù)計(jì)工作面掘進(jìn)期間正常涌水量4m3/h、最大涌水量15m3/h。煤層積水參數(shù)詳見下表：

3 18103綜采工作面進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)過程中采取的探放水技術(shù)及對(duì)策

3.1 超前物探探測(cè)

委托西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司地質(zhì)測(cè)量勘探中心物探院進(jìn)行瞬變電磁法勘探，巷道從拐點(diǎn)+120m起、掘進(jìn)時(shí)每50m進(jìn)行一次物探，共進(jìn)行8次物探，基本查明8號(hào)煤層前方及鄰近老空區(qū)異常區(qū)情況，進(jìn)而為鉆探驗(yàn)證提供了依據(jù)。

3.2 鉆探驗(yàn)證

3.2.1 鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)

由于本礦采掘銜接緊張，為了盡快使18103綜采面進(jìn)行回采工作，設(shè)計(jì)在18103進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)每隔50m在行人側(cè)施工一鉆場(chǎng);斷面為2m深、4.5m寬*3m高的梯形、支護(hù)要求為全錨支護(hù);水倉及沉淀池的容積為4m3、施工要求有安全柵欄與蓋板。

3.2.2 鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)銜接結(jié)合積水情況與地質(zhì)情況，需施工探放8號(hào)煤層老空積水的鉆孔。每個(gè)鉆場(chǎng)進(jìn)行單獨(dú)的鉆孔設(shè)計(jì)。

鉆孔施工順序：由高向低探8號(hào)煤層積水，按序號(hào)先后進(jìn)行施工;

固管方式、固管材料;孔口裝置采用長10.0m、直徑為109mm的有絲扣連接的無縫鋼管，在鋼管外側(cè)端頭用φ8mm鋼筋焊制兩個(gè)半圓環(huán)。在套管外側(cè)焊接一個(gè)配套法蘭盤并配備閘閥和水壓表。鉆探時(shí)孔口管必須固定固定牢固，采用錨桿加40*5扁鐵加花蘭螺絲固定不少于三道，不得用鐵絲固定，保證放水可控制（孔口裝置見附圖）。

單孔設(shè)計(jì)：有低阻區(qū)地段，開口段主要穿越巖層，鉆孔起始段0-10.0m;用直徑133 mm的鉆頭鉆進(jìn)，然后安裝孔口裝置，安裝好孔口裝置后，采用85mm孔徑的鉆頭鉆進(jìn)。

孔口裝置的安裝：用水泥砂漿使套管與圍巖固定，在鉆孔上下0.3m與套管成15°角穿過套管耳環(huán)各打一根2.0m的螺紋錨桿，并用托盤與螺絲將錨桿與套管固定牢固。

18103回風(fēng)順槽此次探放8#煤老空積水采用鉆機(jī)型號(hào)為ZDY3200s型井下全液壓坑道鉆機(jī)，主要參數(shù)：額定轉(zhuǎn)矩3200N.m，立柱2.8-3.2m，鉆進(jìn)深度200m（巖）。

3.2.3 鉆孔涌水量及放水時(shí)間預(yù)計(jì)

計(jì)算單孔涌水量（采用公式計(jì)算）：

其采空積水量可由下式估算：

W=K×M×S/cosα

W-采空積水量（m3）;K-采空的充水系數(shù)取0.3;M-采高或煤厚（m）取3.8;S-采空區(qū)水平投影面積（m2）取3823;α-煤層的傾角（度）取14°。

W=K×M×S/cosα=0.3×3.8×3823/cos15°=4511（m3）

另外下部原小窯空巷249m長，積水約2989m3，18101采空區(qū)及其下部空巷合計(jì)積水7500m3。

進(jìn)行放水孔單孔涌水量預(yù)算：

q=πD2/4×√（2DgH/（λL+D））=3.14×（0.0852/4）×√（（2×0.085×9.8×34）/（0.025×127+0.085））=0.024m3/s=85m3/h

D-鉆孔直徑，m;g-重力加速度，m/s2;H-孔口以上水頭高度，m;λ-沿程阻力系數(shù);L-鉆孔孔深，m。

計(jì)算探放水時(shí)間（滿足采掘銜接要求），根據(jù)涌水量及放水時(shí)間對(duì)排水系統(tǒng)提出要求。利用孔口閥門控制水量在50m3/h。預(yù)計(jì)放水延續(xù)時(shí)間為7500/50≈150（h）。只要打中主要積水區(qū)域，連續(xù)放水，可以在較短時(shí)間內(nèi)放完水;如前面的孔出水小，要用鉆桿捅到底、防止放水中出現(xiàn)堵孔，施工后續(xù)鉆孔進(jìn)一步疏放積水;直至全部放凈。

4 成果及經(jīng)濟(jì)效益分析

本次探放的積水區(qū)為鄰近上山方向18101工作面采空區(qū)積水及鄰近原臺(tái)盤礦8號(hào)煤舊巷積水，預(yù)計(jì)積水量為7500m3，截至12月22日，共放水8962m3。本次鉆探施工76個(gè)孔，累計(jì)鉆探進(jìn)尺5851m。本次鉆探9個(gè)孔見空涌水，所打通的巷道為18101工作面采空區(qū)及8#煤小窯巷道，目前本鉆場(chǎng)總放水量為3m3/h。實(shí)際放水量較大的原因，據(jù)分析主要是原小窯采空區(qū)估計(jì)的面積小了，所以預(yù)計(jì)的積水量偏小所致。大大加快了18103綜采工作面的準(zhǔn)備時(shí)間，緩解了采掘銜接緊張的問題。

5 結(jié)語

該煤礦為整合礦井，地質(zhì)條件復(fù)雜，采掘銜接一直緊張。本方案通過每50m增加施工一個(gè)鉆場(chǎng)，雖然增加了巷道施工量16m，但合理安排了鉆探位置，大大減少了探放水對(duì)綜掘工作面施工的影響時(shí)間，為盡快形成回采工作面及工作面安裝后及時(shí)安全回采創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)于大部分采掘銜接緊張的整合煤礦也有很大的借鑒價(jià)值。

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