上覆采空區(qū)探放水施工設(shè)計(jì)及應(yīng)用

薛晉玉

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四明山煤礦，山西 高平 048400）

1 四明山煤礦9107 工作面概述

四明山煤礦9107 工作面位于井田一采區(qū)，工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1 200 m，傾向長(zhǎng)度為210 m，工作面回采煤層為9 號(hào)，位于太原組中下部K5 灰?guī)r之下20～30 m，上距3 號(hào)煤層底板59.14 m。9 號(hào)煤層厚度1.51～1.93 m，平均厚度1.60 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)夾矸；直接頂板為細(xì)粒砂巖或石灰?guī)r，底板為砂質(zhì)泥巖或K4 石灰?guī)r；屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可采的中厚煤層。9107 工作面整體為寬緩背斜構(gòu)造，軸向近南北，煤層底板變化較為平緩，地質(zhì)情況相對(duì)穩(wěn)定。

9107 工作面上部主要為原北善煤礦、原南坪煤礦、原南村煤礦和原百花山煤礦開(kāi)采區(qū)域，曾開(kāi)采3 號(hào)煤層，3 號(hào)煤層大部分被采空，存在較多采空區(qū)，開(kāi)采標(biāo)高為+938～+974 m；《水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告》顯示，9107 工作面東側(cè)430～740 m 上部及附近存在1 處3 號(hào)煤層采空區(qū)積水，3 號(hào)-22 采空區(qū)積水，積水面積54 402 m2，積水量80 119 m3。

放水鉆孔探測(cè)區(qū)域?yàn)樯喜慷B系山西組的3 號(hào)煤層，9107 工作面地層綜合柱狀圖顯示，9 號(hào)煤層頂板與3 號(hào)煤層底板的層間距約為53.73 m。放水鉆孔預(yù)計(jì)穿過(guò)的煤巖層為砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖、泥巖、K5灰?guī)r、粉砂巖，終孔位置施工至3 號(hào)煤層頂板，3 號(hào)煤層平均厚度約為5.09 m。

為了防止9107 工作面回采期間出現(xiàn)頂板涌水現(xiàn)象，決定對(duì)上覆3 號(hào)煤層采空區(qū)采取探放水施工。

2 探放水施工設(shè)計(jì)

2.1 探水鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)

9107 工作面放水鉆孔施工選擇在9107 運(yùn)輸順槽內(nèi)，鉆場(chǎng)布置在巷道400～800 m 處，共計(jì)布置2個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)尺寸為長(zhǎng)8 m、寬1.5 m、高2.5 m。鉆場(chǎng)頂板主要采用錨桿（索）作為永久支護(hù)，并在鉆場(chǎng)內(nèi)支設(shè)一排單體柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

2.2 水倉(cāng)與排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在每一處放水鉆場(chǎng)附近施工一個(gè)臨時(shí)水倉(cāng)，把施工用水和放水倒至臨時(shí)水倉(cāng)內(nèi)，臨時(shí)水倉(cāng)容量為10 m3。9107 工作面運(yùn)輸順槽各配備一趟4 寸（13.3 cm）排水管路，配備兩臺(tái)排水能力為60 m3/h 的排水泵，一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用，保證排水系統(tǒng)通暢。

2.3 鉆孔施工機(jī)械

采用1 臺(tái)型號(hào)為ZDY3200LPS 礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，采用Φ108 mm 的D40 型套管10 m，套管壁厚為4.5 mm；采用ZQB-27/1.5 型煤礦用氣動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿封孔施工。

2.4 鉆孔設(shè)計(jì)

每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置兩個(gè)鉆孔，鉆孔均施工至3 號(hào)煤層頂板，設(shè)計(jì)工程量為216 m。每個(gè)鉆孔深度為108 m，鉆孔具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 9107 工作面探水鉆孔布置參數(shù)

2.5 鉆孔施工順序

1）鉆孔開(kāi)孔孔徑為133 mm，施工長(zhǎng)度為10 m，下入直徑108 mm（厚度為4.5 mm）套管，套管和閘閥安裝后，用直徑為75 mm 的鉆頭，裸孔施工至終孔位置，如下頁(yè)圖1 所示。

圖1 探水鉆孔封孔平面示意圖

2）固定鉆機(jī)→133 mm 孔徑→下入108 mm 套管→注漿→耐壓試驗(yàn)→安裝4 寸（13.3 cm）閘閥→75 mm 孔徑裸孔施工至終孔→撤鉆桿→安裝軟管→接至臨時(shí)水倉(cāng)。

3）采用4 寸（13.3 cm）孔口閘閥控制水量，每個(gè)鉆孔安裝一個(gè)1 MPa 的壓力表。套管和閘閥安裝后，用直徑75 mm 的鉆頭，裸孔施工至終孔位置。

2.6 孔口管固管方式及耐壓試驗(yàn)

孔口管直徑為108 mm（厚度為4.5 mm）套管，施工長(zhǎng)度為10 m，將孔口管使用麻繩全部纏綁后下入孔內(nèi)，使套管和煤壁能夠臨時(shí)固定，并起到一定的封孔作用，再用水泥注漿，用3NBB3.1-15.0/6.0-2.5-1.5 型煤礦用變量泥漿泵從套管內(nèi)進(jìn)行全孔注漿直至孔壁有水泥漿回流，水泥、水玻璃雙液漿按照1∶0.5 的比例進(jìn)行配制，注漿完成后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，要求壓力不低于2 MPa。注漿固管完畢后，孔壁達(dá)到凝固時(shí)間后，用泥漿泵在注漿管位置注水進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，保證壓力不低于2 MPa，如果存在漏水情況，需要重新進(jìn)行固管。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

截至2021 年4 月9107 工作面已回采至800 m，通過(guò)對(duì)工作面400～800 m 處上覆3 號(hào)煤層采空區(qū)采取探放水施工后，共計(jì)放水量約為80 024 m3，與預(yù)計(jì)積水量基本相符，工作面在后期回采過(guò)上覆采空區(qū)積水區(qū)域時(shí)，頂板未出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，局部區(qū)域出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，實(shí)測(cè)頂板淋水量不足0.89 m3/h，對(duì)工作面回采影響不大。通過(guò)此次對(duì)上覆3 號(hào)煤層采空區(qū)進(jìn)行探放水施工后，基本上消除了采空區(qū)積水對(duì)9107 工作面隱患，保證了工作面安全回采。

4 結(jié)論

采掘工作面在施工過(guò)程中受上覆采空區(qū)積水影響，很容易發(fā)生透水事故，所以采掘工作面施工前必須明確上覆積水區(qū)域、積水量及積水層間距，并根據(jù)現(xiàn)狀采取合理有效探放水施工技術(shù)，只有這樣才能從根本上消除積水隱患，杜絕透水事故發(fā)生[1-8]。本文通過(guò)對(duì)四明山煤礦9107 工作面上覆3 號(hào)煤層采空區(qū)采取合理有效的探放水施工措施后，有效保證了工作面后期安全回采，此次探放水施工滿足了工作面安全高效回采需求，取得了顯著應(yīng)用成效。