大陽煤礦環(huán)邊界探放水技術(shù)研究

楊 炳 瑞

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽煤礦分公司，山西 晉城048003）

0 引 言

礦井水害作為礦井五大災(zāi)害之一，嚴(yán)重威脅著井下生產(chǎn)安全，尤其在復(fù)雜地質(zhì)條件下，如采空區(qū)、老窯積水、斷層含水帶、地上胡泊江河等，礦井水害問題更為突出，為保證井下生產(chǎn)人員的安全及礦井的正常生產(chǎn)，有必要在礦井開拓及生產(chǎn)中進(jìn)行探放水工作[1-3]。以隨時(shí)掌握井下涌水情況，減少或避免煤礦生產(chǎn)過程中遇到突水等重大安全事故，同時(shí)，環(huán)邊界探放水能從全局掌握一個(gè)煤礦或采區(qū)的詳細(xì)水文地質(zhì)條件，為生產(chǎn)期間的井下安全提供更為可靠的技術(shù)資料，為進(jìn)一步了解大陽煤礦生產(chǎn)過程中的水文地質(zhì)條件[4-6]。本文按照“有掘必探、先探后掘”的防治水原則，在物探先行且無異常的基礎(chǔ)上采用扇形方式加邊界孔布置鉆孔，對(duì)工作面進(jìn)行探放水，探測(cè)工作面前方、頂板、兩側(cè)及采空區(qū)側(cè)的含水情況[7-8]。

1 工作面概況

1.1 工作面位置

環(huán)邊界探水巷西部為大陽煤礦西部井田邊界（與王坡煤礦相隔60m 的礦界保安煤柱），東部為3307設(shè)計(jì)工作面，環(huán)邊界探水巷北部為三采區(qū)三條大巷，南部為大陽煤礦南部井田邊界。環(huán)邊界探水巷對(duì)應(yīng)地表位于王坡村西部約1100m，地表大部為山梁和山谷，溝壑發(fā)育，地形總體為北高南低，其采掘工程平面圖如圖1 所示。

圖1 環(huán)邊界探水巷平面圖

1.2 煤（巖）層賦存情況

根據(jù)3#煤層底板等高線及相鄰工作面3304 回采揭露煤層觀測(cè)資料分析：工作面煤層整體走向133°～193°，傾向223°～283°，傾角2°～14°，為緩傾斜煤層，工作面煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部含有0～1層夾矸，厚度0～0.2m，煤層平均厚度為5.5m。

1.3 水文地質(zhì)情況

1）根據(jù)相鄰工作面揭露水文地質(zhì)情況分析：環(huán)邊界探水巷煤層水文條件簡(jiǎn)單，其主要充水水源為頂板砂巖裂隙含水層，該含水層富水性弱，補(bǔ)給條件差，厚度平均8.29m，單位涌水量0.0069L/s.m, 滲透系數(shù)0.0956m/d；工作面在掘進(jìn)過程中頂板局部地段可能會(huì)有滴水、淋水現(xiàn)象。

2）根據(jù)水文地質(zhì)人員野外實(shí)際調(diào)查，環(huán)邊界探水巷工作面對(duì)應(yīng)地表主要為山梁和山谷地帶。地表無河流、水庫、湖泊、池塘等地表水體，工作面不受地表水害威脅；

3）根據(jù)我分公司鉆孔及廢棄井筒調(diào)查資料分析，環(huán)邊界探水巷掘進(jìn)范圍內(nèi)無封閉不良鉆孔及廢棄井筒；

4）根據(jù)DY-1s 和DY-2s 水文鉆孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析：井田內(nèi)奧灰水水位標(biāo)高+546.5m～+550.6m，低于煤層底板50m-90m，對(duì)工作面無影響；

5）環(huán)邊界探水巷西部相隔60m 煤柱為王坡煤礦3201 采空區(qū)，根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查情況分析：王坡煤礦3201 采空區(qū)有一處積水為JS-9，積水面積為6100m2，積水量為10200m3，該積水距我礦為197m；同時(shí)環(huán)邊界探水巷與王坡煤礦留設(shè)有60m 的可靠保安煤柱，綜合分析，環(huán)邊界探水巷受老空水的影響較小。

6）根據(jù)《三采區(qū)、四采區(qū)、中央及南翼采區(qū)地面電法勘探報(bào)告》以及以往相鄰工作面揭露斷層情況分析：環(huán)邊界探水巷煤層無明顯富水性；

7）綜合分析該工作面掘進(jìn)無突水威脅；根據(jù)鄰近工作面涌水量統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)工作面主要涌水來源為生產(chǎn)性用水，通過比擬法計(jì)算，預(yù)計(jì)正常涌水量為3m3/h，最大涌水量為10m3/h。

2 探放水設(shè)計(jì)

2.1 準(zhǔn)備工作

本次探放水采用物探與化探相結(jié)合的綜合地質(zhì)探測(cè)方法，對(duì)兩種探測(cè)方法的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可更加詳細(xì)的掌握地質(zhì)情況，為探放水設(shè)計(jì)提供可靠的技術(shù)資料，根據(jù)實(shí)際情況及相關(guān)技術(shù)資料，本次探放水采用的設(shè)備及型號(hào)為：物探設(shè)備采用YCS200礦用本安型瞬變電儀磁，化探設(shè)備采用HA-W300礦井充水水源快速識(shí)別儀， 鉆機(jī)型號(hào)為ZQJG-580/10.0 型氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)，鉆具配備為直徑65mm、長(zhǎng)1000mm 的鉆桿不少于80 根，直徑70mm的硬質(zhì)合金鉆頭3 個(gè)。

按照晉蘭股字〔2015〕478 號(hào)文件及本探放水設(shè)計(jì)的要求，物探采用循環(huán)法進(jìn)行超前探測(cè)，超前距為30m，每次鉆探前進(jìn)行物探。探測(cè)時(shí)對(duì)掘進(jìn)迎頭正前方、30°夾角上方及-30°夾角下方三個(gè)方向布置3條測(cè)線，每條測(cè)線11 個(gè)探測(cè)點(diǎn)，共33 個(gè)探測(cè)點(diǎn)。

為確保探放水工作的安全，應(yīng)事先確定好排水路線，工作面主要排水為生產(chǎn)用水及頂板滴水淋水，預(yù)計(jì)工作面排水量最大為10m3/h，工作面應(yīng)選用4寸排水管，在巷道低洼處設(shè)置容量為10m3左右的臨時(shí)水倉并安裝兩臺(tái)排水泵（一備一用），揚(yáng)程不小于100m。具體水泵型號(hào)選擇應(yīng)與排水管路、排水量相適應(yīng)。排水路線為：環(huán)邊界探水巷工作面→三采區(qū)6#膠回聯(lián)絡(luò)巷→三采區(qū)7# 軌膠聯(lián)絡(luò)巷→三采區(qū)2號(hào)水倉→三采區(qū)軌道巷→三采區(qū)1 號(hào)水倉→三采區(qū)軌道巷→西風(fēng)井井底主（副）水倉→地面，排水路線示意圖如圖2 所示。

圖2 環(huán)邊界探水巷排水系統(tǒng)示意圖

2.2 探放水設(shè)計(jì)

2.2.1 探放水參數(shù)確定

1）探放水起點(diǎn)：本設(shè)計(jì)首次探放水位置為環(huán)邊界探水巷開口處。

2）超前距：根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》及相關(guān)文件的要求，本次探放水設(shè)計(jì)超前距為30m。

3）允許掘進(jìn)距離：根據(jù)實(shí)際探放水施工情況確定的安全距離。

4）幫距：為使巷道兩幫與可能存在的水體之間保持一定安全距離布置最外側(cè)探水鉆孔所控制的范圍與巷道幫的距離稱為幫距，取20m。

5）本探放水設(shè)計(jì)為工作面基本鉆探，正常鉆探不進(jìn)行取芯作業(yè)，如鉆探遇異常情況，要對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行取芯，以便準(zhǔn)確判斷。

2.2.2 鉆孔數(shù)目及布置方案

鉆孔數(shù)目及布置方案根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》及省廳、市局文件要求，并參照大陽煤礦可采區(qū)巷道掘進(jìn)防治水措施，結(jié)合《環(huán)邊界探水巷工作面設(shè)計(jì)》進(jìn)行設(shè)計(jì)。環(huán)邊界探水巷分四部分進(jìn)行探放水，具體鉆孔數(shù)目及布置方案詳見表1～表4：

表1 環(huán)邊界探水巷0m～15m 探放水設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)表

表2 環(huán)邊界探水巷15m～65m 探放水設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)表

表3 環(huán)邊界探水巷65m-1589m 探放水設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)表

表4 環(huán)邊界探水巷1589m-2061m 探放水設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)表

3 探放水施工

3.1 施工順序

先施工中間1#孔，再施工2#、3#、4#、5#、6#孔，當(dāng)施工過程中遇地質(zhì)變化，或無法鉆進(jìn)時(shí)，重新調(diào)整打鉆位置進(jìn)行補(bǔ)孔，并加密鉆孔數(shù)量，否則不得進(jìn)行掘進(jìn)施工。

3.2 鉆孔質(zhì)量要求

1）鉆孔位置準(zhǔn)確，鉆孔水平角、垂直角由地測(cè)人員核定，角度偏差不大于0.5°；

2）孔深誤差小于0.5%。

3.3 特殊情況下探放水設(shè)計(jì)調(diào)整

如果在施工中，1#鉆孔實(shí)際鉆探長(zhǎng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整最外側(cè)2#、3#鉆孔水平角，保證幫距留足20m，4#、5#鉆孔垂直角度根據(jù)1# 眼實(shí)際鉆探長(zhǎng)度由地測(cè)科技術(shù)員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，具體參數(shù)見表5：

表5 鉆孔參數(shù)調(diào)整表

4 安全措施

圖3 避災(zāi)路線圖

探放水工作中危險(xiǎn)源較多，在施工中要采取一系列的安全措施，來保證人員的安全，如安鉆前要加強(qiáng)對(duì)鉆孔附近的巷道支護(hù)，鉆機(jī)必須安裝牢固，要有相應(yīng)能力通風(fēng)設(shè)施，施工過程中要注意觀察有無突水征兆，瓦檢員隨身攜帶瓦檢儀測(cè)量瓦斯?jié)舛?，同時(shí)需要制定專用的避災(zāi)線路，如圖3 所示，發(fā)生水害、瓦斯等災(zāi)害的避災(zāi)路線為：

1）環(huán)邊界探水巷工作面→三采區(qū)6#膠回聯(lián)絡(luò)巷→三采區(qū)7#軌膠聯(lián)絡(luò)巷→三采區(qū)軌道巷→四采區(qū)軌道巷→西風(fēng)井井底→地面；

2）環(huán)邊界探水巷工作面→三采區(qū)6#膠回聯(lián)絡(luò)巷→三采區(qū)膠帶巷→西翼膠帶大巷→西翼猴車大巷→+750 水平軌道大巷→井底候車室→行人斜井→地面。

除此之外，還應(yīng)采取下列安全措施：

1）環(huán)邊界探水巷探水前，探放水隊(duì)全體人員必須認(rèn)真學(xué)習(xí)《探放水安全技術(shù)措施》及《探放水設(shè)計(jì)》，了解該工程的目的、任務(wù)、施工方法與質(zhì)量要求。一臺(tái)鉆機(jī)組人員配備不得少于3 人，且需配備一名帶班長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)工作，探放水人員必須持證上崗。

安全科每班安排一名安全員負(fù)責(zé)環(huán)邊界探水巷探水地點(diǎn)安全檢查監(jiān)督工作；通風(fēng)科每班安排一名瓦斯員負(fù)責(zé)瓦斯檢查工作；地測(cè)科每班安排一名技術(shù)員跟班標(biāo)定鉆孔參數(shù)。

2）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員應(yīng)按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，嚴(yán)禁隨意改變施工方法。

3）環(huán)邊界探水巷探水前施工方應(yīng)認(rèn)真清理巷道，配備與探放水量相適應(yīng)的排水設(shè)備，必須保證排水設(shè)施、設(shè)備齊全可靠正常使用。

4）環(huán)邊界探水巷必須在探放水鉆孔允許掘進(jìn)范圍內(nèi)施工，探放水孔的超前距、幫距應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。每次探水時(shí)，探放水隊(duì)?wèi)?yīng)及時(shí)懸掛探放水起始點(diǎn)牌板，并進(jìn)行掛鎖管理。

5）如果工作面前方存在物探異常區(qū)，要針對(duì)異常區(qū)制定專項(xiàng)探放水設(shè)計(jì)及安全技術(shù)措施。

6）如果在鉆孔內(nèi)水壓大于1.5MPa 時(shí)，在施工探放水鉆孔時(shí)，應(yīng)采取專用的安全措施，防止壓力過大地下水噴出造成人員和設(shè)備的不安全。

7）環(huán)邊界探水巷應(yīng)加強(qiáng)出水征兆的觀察，如發(fā)現(xiàn)有圍巖出水征兆，應(yīng)撤出現(xiàn)場(chǎng)工作人員，并向煤礦調(diào)度室報(bào)告。

8）其余未提及之處嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦防治水細(xì)則》及公司制定的相關(guān)措施和管理規(guī)定。

5 結(jié) 論

本文對(duì)大陽煤礦進(jìn)行了邊界探放水設(shè)計(jì)，并在探放水勘探中運(yùn)用了物探與化探相結(jié)合的綜合地質(zhì)探測(cè)方法，給出了環(huán)邊界探放水工作施工順序，并針對(duì)大陽煤礦環(huán)邊界探放水的具體地質(zhì)條件，提出了相對(duì)應(yīng)的安全措施。