鎮(zhèn)城底礦復采殘采地質防治水技術研究

高曉崗

（西山煤電集團有限責任公司鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030053）

1 礦井概況

鎮(zhèn)城底礦井田位于西山煤田西北邊緣，井田南北長約3.6km，東西寬約5.9km，井田面積17.8km2，設計生產能力190×104t/a，現主要開采2#、3#和8#煤層。作為西山煤電的主力礦井，井田西部分布有西山義城煤業(yè)、華潤大雁礦、天池店煤業(yè)三座資源整合礦井。18105工作面現開采8#煤層，煤層平均厚度4.07m，受小窯采掘破壞影響，8#煤層上分層形成部分空巷和采空區(qū)，老空積水形狀極不規(guī)則，分布空間錯綜復雜，老空水為礦井主要水害威脅。地表水系屬汾河水系，流經鎮(zhèn)城底礦東北部邊界外側，以縱向侵蝕為主。礦井煤層埋深較淺，且存在季節(jié)性洪水、礦井含水層涌水現象十分常見，涌水量和涌水水壓較大。

鎮(zhèn)城底礦18105 回采工作面位于井田西北部距邊界20m，界外有小窯井筒，最近距離35m。正副兩巷在掘進期間實施“長探+短探+班自探”揭露小窯空巷36處，煤壁大范圍滲水及鉆孔出水，掘進期間已疏放積水23000m3。工作面在回采期間面臨小窯老空積水威脅。在回采前，對18105工作面專項探放水布置100個鉆孔，其中工作面內部51個（包括物探異常區(qū)設計9個孔），外圍49個，鉆探總進尺4572m，排除了大面積老空積水威脅。但由于受小窯破壞影響，專項鉆探時均鉆探到小煤窯破壞區(qū)，出現不回水及卡鉆現象，鉆孔無法達到設計長度而未有效打穿物探異常區(qū)，未能完全符合“有采必探、有掘必探”的防治水規(guī)定。工作面留有鉆探盲區(qū)，面臨獨頭巷道積水及物探異常區(qū)積水威脅。在工作面回采期間，接近物探異常區(qū)或者透水征兆區(qū)域，通過在工作面切巷進行鉆探，鉆孔布置形成網格化，將異常區(qū)域分割在小范圍網格內，并留設超前距離，排除水害威脅，確保工作面安全回采。項目的順利實施，對礦井防治水安全管理有著重大意義，老空水超前有計劃疏放，杜絕老空透水事故。

2 復采巷道掘進防治水技術

2.1 復采巷道掘進物探設計

探查巷道迎頭前方100m 范圍內頂底板含水層富水性、小窯開采破壞情況，為工作面提供詳細水文地質資料。選用YCS512 型瞬變電磁儀進行瞬變電磁超前探測。測點布置：18105工作面迎頭，發(fā)射、接收線框沿水平、垂直方向呈扇面布置。采用中心回線裝置，發(fā)射線框采用多匝1.5m×1.5m 矩形回線。探測分水平和垂直兩個方向掃描，水平方向主要控制巷道兩側幫及前方的含水構造，垂直方向主要控制頂板、底板及前方的含水構造。水平方向掃描左右各50°范圍，每10°一個測點，共11 個測點，垂直方向相似，掃描上下各50°范圍，每10°一個測點，共11 個測點。瞬變電磁法超前探測示意圖如圖1所示。

2.2 復采巷道掘進長探設計、標準及要求

掘進工作面設計8 個長探鉆孔，鉆孔長度為60m，幫距為20m，超前距30m。探水鉆孔按扇形分布,施工順序：1#→8#。掘進工作面長探鉆孔參數如表1所示。

表1 掘進工作面長探鉆孔參數表

根據物探結果，確定鉆探重點區(qū)域，正常煤層布置6 個孔，重點區(qū)域布置8～10 個孔，孔長設計60m，超前距留30m，幫距控制20m；嚴格按設計畫眼定位，探孔角度不得超過設計±3°，不合格必須重新補打。打鉆時，若出現遇采空卡鉆，補充增加探孔數量，探清空巷準確位置，按有計劃揭露空巷貫通管理；打鉆時，若出現鉆孔出水，補充探孔設計，增加探孔數量，有計劃控制放水量，確定積水威脅解除，方可恢復掘進。嚴格控制掘進距離和幫距；根據實際鉆探的數量、角度、深度，及時填繪1∶100大樣圖，按幫距不小于10m要求，嚴格控制允許掘進距離。長探結束，孔號實行插桿編號管理，做到鉆探留痕，工作面長探孔若入幫入頂，剩余孔少于2個，必須補孔打鉆。長探鉆探點實行，實行掛牌管理；定期不定期觀測出水點水量變化情況，出水量及時填入觀測牌板。

2.3 復采巷道掘進短探設計、標準及要求

掘進工作面短探鉆孔布置圖如圖2 所示。探測迎頭前方長探盲區(qū)，鉆孔按扇形布置3個鉆孔，孔深5m，超前距3m，探五掘二。每個鉆孔距離底板不低于1.8m；1#、3#鉆孔距離左右?guī)透?.5～1.0m，在水平方向與煤幫的夾角為30°，與巷道豎直方向的仰角為20°，2#鉆孔與巷道的掘進方向一致，與巷道豎直方向的仰角為20°。

掘進面在長探打鉆基礎上，同時要嚴格執(zhí)行短探，納入掘進作業(yè)工序，每班落實自探；工作面上分層有采空，下分層為實體煤，短探眼布置3 個孔，探下分層老空；工作面為實體煤，短探眼布置5個孔，其中3個孔探上分層老空，2 個孔探下分層老空。工作面頂板有淋水、長探孔有滲水等特殊情況，確認前方無積水威脅，短探眼布置6個孔。短探執(zhí)行“探五掘二”，即探5m，無異常，只準往前掘進2m；工作面遇大采空等特殊情況，不需短探時，經總工程師同意。鉆探工具配置：采用ZQS-50/1.8S 手持式氣動鉆機，鉆桿長5m、?32mm，鉆頭?42mm；工作面配備鉆頭3 個，鉆桿2 根，封孔圓木楔10 個。短探檢查納入工作面開工許可條件之一。探眼施工時，眼深必須達設計要求，如打鉆遇老空、破碎帶，眼深達不到設計，必須在距該眼30cm 周邊重新補打；若補打2個眼仍達不到設計深度，方可不再補打。短探眼角度允許偏差值±3°，眼深不小于設計20cm，不合格眼必須重新補打，探眼符合要求。短探眼超前距必須保證不小于3m，否則不得掘進。短探時，發(fā)現鉆眼水壓、水量突然增大、頂鉆等透水征兆時，根據變化情況，采取補打長探眼等措施，確認無水害威脅后，方可恢復正常掘進。

2.4 復采工作面實施“網格化”鉆探設計

18105 回采工作面推進至距離物探異常區(qū)20m時，停止回采進行網格化鉆探。在工作面切巷針對物探異常區(qū)布置鉆孔與工作面垂直，孔間距3m，孔深設計長度覆蓋異常區(qū)。鉆機采用ZQJC-200/5 氣動鉆機，該鉆機小巧輕便，使用直徑為?34mm長1.0m的鉆桿，鉆頭直徑?45mm。經過鉆探驗證無水害威脅，下發(fā)允許回采通知單，繼續(xù)回采通過異常區(qū)。

回采工作面圈出后，根據物探成果報告，編制鉆探驗證設計；物探異常區(qū)，鉆孔間距為10m；正常區(qū)段鉆孔間距為50m，確保鉆孔對工作面全面覆蓋；鉆探驗證時，因采空卡鉆長探未覆蓋的區(qū)域，實行網格化補探；按照鉆孔間距3m，在切巷內沿推進方向長探，超前安全距不少于20m；回采面出現透水預兆，必須立即停止推采，對工作面進行網格化打鉆放水，打鉆放水情況進行安全許可評價，只有解除積水威脅后，方可恢復工作面正常推采。

3 結論

鎮(zhèn)城底礦18105工作面由于受小窯破壞影響，專項鉆探時均鉆探到小煤窯破壞區(qū)，出現不回水及卡鉆現象，鉆孔無法達到設計長度而未有效打穿物探異常區(qū)。通過“長探+短探+班自探”實踐，在工作面順槽巷道掘進2950m，鉆探進尺28528m，超前長探96 次空巷及采空區(qū)，其中探出積水老空21 次，疏放積水2.88×104m3，解決在正副兩巷打鉆留有鉆探盲區(qū)，在18105工作面回采期間，接近物探異常區(qū)或者透水征兆區(qū)域，通過在工作面切巷進行鉆探，鉆孔布置形成網格化，將異常區(qū)域分割在小范圍網格內，并留設超前距離，排除水害威脅，保證礦井回采工作面的安全生產。