某礦8106工作面水患分析及探放水研究

趙 亮

(大同煤礦集團有限責任公司 大斗溝煤業(yè)有限公司，山西 大同 037026）

中國煤炭儲量豐富，煤層埋藏深度不同，賦存條件復雜[1-3]。在煤層采掘過程中，火災、水害、瓦斯、煤塵和冒頂是最重要的安全事故災難類型[4]。其中，礦井突水通常會導致嚴重的水災事故，容易造成人員傷亡并嚴重影響礦井經濟效益[5]。為了確保工作面安全順利回采，工作面開采前有必要探查及疏放周邊采空區(qū)的積水。因此，本文以同煤集團永煤公司15-2#層北盤區(qū)8106工作面為研究對象，對其超前探放水進行設計及制定技術措施。

1 工作面概況

1.1 工作面地理位置概況

15-2#層北盤區(qū)8106工作面南部為15-2#層北部盤區(qū)巷，西部距本工作面500 m為8103工作面（已圈出），其余均未采動。地面位置位于永煤公司五號井以東1 152 m、以北508 m，地面標高為1 242.0 m～1 266.5 m，工作面標高為760 m～796 m。

1.2 工作面地質構造概況

8106工作面煤層的探測厚度為2.46 m～27.67 m，平均厚度14.38 m。煤層結構復雜，煤層傾角1°16′～8°26′，平均傾角 4°51′。煤層最多存在發(fā)育夾矸 25層，其巖性主要為炭泥巖、高嶺質泥巖、粉砂質泥巖等。根據(jù)巷道附近補3、補6鉆孔資料顯示，從盤區(qū)巷到切巷方向，煤層受火成巖侵入程度逐漸減弱，煤層逐漸增厚，預計工作面有火成巖侵入，自盤區(qū)巷向切巷侵入程度逐漸減小。

1.3 工作面水文地質概況

15-2#煤層奧灰水突水系數(shù)為 0.003 MPa/m～0.021 MPa/m，相對臨界突水系數(shù)值0.06 MPa/m較小。所以井田15-2#層煤層帶壓區(qū)域帶壓開采突水危險性評價為突水安全區(qū)。工作面最大涌水量為0.012 m3/min，正常涌水量為0.006 m3/min。

2 水患分析

8106工作面對應地表為丘陵地貌，工作面基本不受地表水水患威脅。

本煤層的直接充水含水層巖性主要為中粒砂巖、粗粒砂巖和礫巖，系砂巖裂隙承壓水。本組砂巖膠結致密，裂隙少，地下水補給條件差，含水性極其微弱或不含水。工作面附近無明顯導水構造，對工作面回采不會造成影響.

8106工作面上覆為15#層8113工作面（已圈出）和8#、9#、11#、14#層采空區(qū)，8#、9#、11#、14#層開采形式為長壁式和刀柱式，各層采空區(qū)間連通性不確定，15-2#煤層與15#煤層層間距約18.4 m～34.4 m，平均26.4 m；輔運巷、回風巷與 15#煤層垂距約 38.4 m～55.6 m，平均 47 m，預計工作面有火成巖侵入，自盤區(qū)巷向切巷侵入程度逐漸減小，侵入體位置、產狀、影響范圍，對工作面影響程度不詳。

綜上所述，15-2#層8106工作面分析影響該工作面的水患主要為上覆采空積水，地表水、上覆含水層、奧灰?guī)r溶水影響較小。

3 探放水工程設計

根據(jù)工作面水文地質概況的分析，結合防治水害“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的基本原則，對15-2#層北盤區(qū)8106工作面進行探放水設計。

3.1 物探技術

根據(jù)集團公司要求，巷道掘進前必須進行超前物探，我公司采用全方位瞬變探測儀YTD400在工作面迎頭探測。以探測點為中心，半徑為100 m的球形范圍進行物探，有效距離為80 m，并且隨巷道掘進進度每隔80 m進行循環(huán)物探，對存在的低阻異常區(qū)進行鉆探驗證，并適當增加鉆孔數(shù)量及探測次數(shù)。當瞬變電磁法不能達到要求時，可采用直流電法進行輔助超前物探。

3.2 鉆孔設計及參數(shù)

8106工作面兩順槽巷、切巷及頂抽巷必須按照《煤礦防治水規(guī)定》嚴格執(zhí)行，在迎頭施工超前探放水孔。使用ZYJ-420/200架柱式液壓回轉鉆機，選用127 mm鉆頭開孔，在鉆進10 m時，安設封孔器及閘門，安設牢固后，要進行封孔器的耐壓試驗，合格后方可換用57 mm鉆頭鉆進，并經常檢查直到通孔。

（1）物探未見異常時鉆孔設計

①兩順槽巷。

每組施工4個超前探水孔，具體參數(shù)見表1。

表1未見異常兩順槽巷超前探水參數(shù)

②切巷。

每組施工3個超前探水孔，具體參數(shù)見表2。

表2未見異常切巷超前探水參數(shù)

③頂抽巷。

每組施工1個超前探水孔，按掘進方向順煤層施工，孔深為50 m，超前距50 m，允許掘進20 m，保留有效隔水煤柱30 m。

（2）物探見異常時鉆孔設計8106工作面兩順槽及切巷、頂抽巷每組均施工34個孔，鉆孔布置見圖1、2，具體參數(shù)見表3。

圖1見異常34個鉆孔施工布置圖

圖2見異常34個鉆孔施工布置圖

表3見異常兩順槽、切巷及頂抽巷超前探水參數(shù)

4 探放水技術措施

4.1 探放水技術措施

（1）鉆孔過程中，準確區(qū)分煤層與巖層的厚度并記錄巖層變化深度，按常規(guī)操作，更換鉆具或鉆進10m時，對鉆桿進行一次測量，核實孔深，終孔前檢查，條件允許下進行孔斜測量；

（2）探水鉆孔施工期間，如果有片幫、煤巖松軟、孔中的水壓或水量突然增大，及有頂鉆等現(xiàn)象出現(xiàn)時，必須立即停止鉆孔，并記錄深度，將鉆桿固定，立即向礦調度室匯報，采取措施及時處理。

（3）鉆孔施工過程中，若發(fā)現(xiàn)有害氣體噴出時，應立即停止鉆進，并切斷電源，及時疏散人員至新鮮風流中，立即向礦調度室匯報，采取措施；

(4)采用防噴裝置和反壓方法鉆進,可有效解決鉆孔內水壓過大或噴高壓水問題;探放探測任務完成后必須全孔注漿封閉,并做好封孔記錄等相關技術要求.

（5）為防止在放水過程中，采空區(qū)有害氣體涌出，必須在鉆場處安裝CH4、CO、CO2監(jiān)測裝置，放水期間嚴禁鉆場下風流行人、行車。

4.2 探放水技術效果

根據(jù)本次探放水工程的目的和任務，在8106工作面兩順槽共設計6個鉆孔對上覆采空區(qū)積水進行探放工作，鉆孔施工完成后均需及時封堵。各探放上覆采空區(qū)鉆孔參數(shù)見表4，

表4探放上覆采空區(qū)鉆孔參數(shù)

其中，探放上覆11#層采空區(qū)積水的5#孔通孔后為淋水狀態(tài)，此處無積水；探放上覆15#層8113工作面采空區(qū)積水的1#孔通孔后初次涌水量為60 m3/h，累計泄水量4 156 m3；探放上覆14#層采空區(qū)積水的 2#、3#孔通孔后初次涌水量為32.5 m3/h、78 m3/h，累計泄水量6 691 m3、1 258 m3；探放上覆 11#層采空區(qū)積水的4#、6#孔通孔后初次涌水量為71 m3/h、69 m3/h，累計泄水量3 380 m3、5 615 m3，8106工作面在后期回采期間未出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。

5 結語

通過對8106工作面周邊采空區(qū)積水情況的探查及水患分析，本次共施工6個鉆孔分別對上覆11#層、14#層、15#層采空區(qū)探放水，各鉆孔精確度較高，效果明顯。探放水工程從施工開始至工作面回采，累計泄水量2.11萬m3，基本達到泄水目的。本工作面制定科學的、合理的探放水設計和探放水技術措施，為消除本工作面上覆采空區(qū)積水隱患提供有效的安全技術保障，確保了8106工作面探放水工程的順利完成，并為煤礦行業(yè)探放水工程提供有效的參考。