同忻煤礦綜采作業(yè)面探放水技術(shù)的應(yīng)用

楊耀霞

（同煤國電同忻煤礦有限公司，山西 大同 037000）

同忻煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力約為3700萬t/a。根據(jù)對(duì)該煤礦井下的地質(zhì)勘探，其1202綜采作業(yè)面頂板上的含水層總體上來說含水量較少，但在頂板上分布著多條導(dǎo)水帶裂隙，頂板含水層下是砂巖層，在砂巖層的底部含水分布不均勻，在砂層的低洼位置及鄰近地下水的地方產(chǎn)生了較大的積水帶，在綜采作業(yè)時(shí)礦壓的作用下極易導(dǎo)致積水從裂隙帶處涌出，給井下綜采作業(yè)帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此本文對(duì)同忻煤礦1202綜采作業(yè)面進(jìn)行的井下探水研究，做好放水方案，確保井下綜采作業(yè)的安全。

1 井下儲(chǔ)水量預(yù)測

井下巷道內(nèi)的水可分為靜態(tài)水和動(dòng)態(tài)水兩個(gè)部分。靜態(tài)水主要是指與原來的含水層分離，無水源的側(cè)向補(bǔ)給，靜態(tài)水主要存在于巷道頂板垮落后產(chǎn)生的封閉區(qū)域內(nèi)。對(duì)靜態(tài)水涌水量Q靜的預(yù)測可表示為[1]：

式中：

L-頂板垮落后產(chǎn)生的封閉區(qū)域的長度，m；

B-含水層垮落區(qū)域的寬度，m；

M-井下巷道含水層的厚度，m；

μ-涌水層積水度，取0.02；

t-最終完成放水的時(shí)間，取2d。

動(dòng)態(tài)水主要是指巷道頂板上的含水層和地下水道聯(lián)通的水源，其能夠通過臨近含水層的下滲補(bǔ)給以及通過四周的地下水徑流補(bǔ)充。因此在對(duì)動(dòng)態(tài)水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可采用大流量的方法進(jìn)行計(jì)算，其動(dòng)態(tài)水量Q動(dòng)可表示為[2]：

式中：

K-滲透系數(shù)；

H-水頭高度，m；

M-井下巷道含水層的厚度，m；

h-動(dòng)水位到底板上的隔水層水柱的高度，m；

R0-含水層半徑，m；

r0-井下含水層的引用半徑，m。

因此對(duì)同忻煤礦井下進(jìn)行探放水作業(yè)時(shí)，

計(jì)算其最大涌水量為116m3/h。

2 探放水鉆井施工方案

根據(jù)同忻煤礦井下實(shí)際地質(zhì)條件及同忻礦的最大涌水量，在進(jìn)行探放水鉆井施工時(shí)設(shè)置裸孔的孔徑為73mm，鉆孔孔口位置的直管的孔徑為105mm，總長為7.2m。在進(jìn)行探放水鉆孔施工時(shí)的鉆進(jìn)工藝總結(jié)如下。

（1）首先將鉆機(jī)鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)的角度設(shè)置為24°。

（2）放入孔口直管以后，將系統(tǒng)內(nèi)配對(duì)的壓蓋和注漿的管路進(jìn)行連接，然后利用注漿泵將定量的速凝劑注入到連接直管內(nèi)，用于固管。在進(jìn)行注漿時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)的壓力為0.6MPa，當(dāng)所注入的速凝劑達(dá)到一定量以后，靜置8h，然后利用1.6MPa的壓力對(duì)管路進(jìn)行二次注漿，然后再次靜置16h，待完全凝固以后以2MPa的壓力進(jìn)行水壓打壓試驗(yàn)，直到達(dá)到設(shè)定的要求。井下管口的注漿工藝原理如圖1所示[3]。

圖1 煤礦井下管口的注漿工藝原理

（3）在鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，為了確保鉆進(jìn)時(shí)的速度，采用了高強(qiáng)度合金鉆頭鉆進(jìn)作業(yè)。在鉆進(jìn)時(shí)以清水為沖洗和降溫液體，確保鉆進(jìn)時(shí)鉆頭的安全性，鉆進(jìn)時(shí)鉆頭以180r/min的速度作業(yè)。

（4）在鉆進(jìn)時(shí)，首先用直徑為130mm的鉆頭鉆入6m深，然后放入直徑為105mm的孔口管，最后利用直徑為72mm的鉆頭鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)要求的孔深。

3 同忻礦探放水施工

同忻礦在本次探放水作業(yè)中，為了確保1202綜采作業(yè)面的作業(yè)安全，在進(jìn)行施工時(shí)主要是以優(yōu)化井下鉆孔數(shù)量為依據(jù)，將所設(shè)計(jì)好的井下鉆孔分批進(jìn)行施工。在進(jìn)行作業(yè)時(shí)首先對(duì)井下切眼里的探放水鉆孔進(jìn)行施工作業(yè)，確保1202綜采作業(yè)面上在綜采作業(yè)前期的安全性。在前期作業(yè)時(shí)同步對(duì)探明的含水量較大的區(qū)域進(jìn)行探放水鉆井施工，根據(jù)含水層的狀況同步對(duì)綜采面巷道的頂板進(jìn)行優(yōu)化支護(hù)，利用單體支柱替代傳統(tǒng)的有煤柱支撐，在易碎裂區(qū)采用金屬護(hù)網(wǎng)支撐，防止礦壓波動(dòng)時(shí)的落石，采用該支護(hù)方案后能夠有效提升井下煤炭的回采率，提升井下作業(yè)安全。

在本次作業(yè)時(shí)，根據(jù)井下的實(shí)際地質(zhì)情況，在第一批鉆井作業(yè)時(shí)先設(shè)計(jì)了16組鉆孔，在第二批鉆井作業(yè)時(shí)設(shè)計(jì)了13組鉆孔，在第三批鉆井作業(yè)時(shí)設(shè)計(jì)了6組鉆孔。設(shè)計(jì)的總的鉆孔區(qū)域的作業(yè)距離達(dá)到了5739m，在實(shí)際作業(yè)過程中實(shí)際上共設(shè)置了33個(gè)鉆孔。其中第一批為16個(gè)鉆孔，第二批為14個(gè)鉆孔，第三批為3個(gè)鉆孔，實(shí)際的總的鉆孔區(qū)域的長度為4681m。綜采面上的井孔施工量匯總?cè)绫?所示。

表1 綜采面上井孔施工量匯總表

在該綜采面探放水施工作業(yè)中，共設(shè)置了33個(gè)井孔，其中23個(gè)井孔位于巷道頂板上的基巖積水區(qū)域，10個(gè)井孔位于砂層底部的富水區(qū)域，所有探水井孔在設(shè)置時(shí)均以24°左右的角度向頂部含水層處鉆進(jìn)作業(yè)。

根據(jù)井下綜采面探放水作業(yè)過程研究，當(dāng)在初始的300m長度范圍內(nèi)，所設(shè)置的放水探孔只有少量的水流出，在該區(qū)域范圍內(nèi)存在突水事故的概率較低。從300m到976m的范圍內(nèi)共設(shè)置了4個(gè)放水探孔，其中第四個(gè)探孔內(nèi)的涌水量達(dá)到了24.42m3/h。對(duì)此處涌水的離子成分進(jìn)行化驗(yàn)后，其主要為鈣離子、鎂離子，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)以松散的沿基風(fēng)化為主[4]，因此表明該處巷道頂板上的含水量較大。經(jīng)過4d的放水后，該區(qū)域內(nèi)的探孔處的出水量逐漸降低，表明該區(qū)域內(nèi)的水主要是以靜態(tài)出水為主，無外界動(dòng)態(tài)水系的補(bǔ)充。因此經(jīng)過探放水后在綜采作業(yè)過程中發(fā)生透水事故的概率基本為零。

在從第976m到第4681m范圍內(nèi)的探孔處的涌水量衰減率達(dá)到了89.2%，且大部分探孔內(nèi)無明顯的水流出，說明該區(qū)域范圍內(nèi)頂板的含水層較弱，在綜采作業(yè)過程中也不存在出現(xiàn)透水事故的概率。綜上分析，在該綜采區(qū)域范圍內(nèi)的33個(gè)探放水孔目前均已干枯，總涌水量從最初的107.3m3/h，降低到了目前的7m3/h，說明了該區(qū)域范圍內(nèi)頂板的含水量是以靜態(tài)水為主，無動(dòng)態(tài)補(bǔ)水渠道，通過探放水作業(yè)后，確保了在綜采作業(yè)過程中的安全性。

4 結(jié)論

為了解決同忻煤礦綜采作業(yè)面受上側(cè)積水區(qū)域影響而導(dǎo)致的透水隱患，本文對(duì)井下綜采面的探放水方法進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：

（1）采用靜態(tài)、動(dòng)態(tài)水測結(jié)合方案，對(duì)同忻礦井下水的分布進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明其理論最大涌水量為136m3/h，實(shí)際測量后，其最大涌水量為107.3m3/h，基本與理論分析吻合，說明了該分析方法的有效性；

（2）該礦井下綜采時(shí)，應(yīng)將放水重點(diǎn)放在300m到976m的范圍內(nèi)，其地質(zhì)結(jié)構(gòu)以松散的沿基風(fēng)化為主，容易發(fā)生透水和垮塌；

（3）通過對(duì)該礦井下探放水作業(yè)，說明該礦的含水層主要是以靜態(tài)水為主，經(jīng)過近4d的放水后，已基本沒有了涌水，確保了井下綜采作業(yè)的安全。