探討近煤層采空區(qū)下掘進(jìn)防治水技術(shù)

申 偉

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司唐安煤礦分公司，山西 晉城 048400）

在近煤層采空區(qū)下掘進(jìn)防水技術(shù)應(yīng)用階段，想要切實(shí)地提高防治水技術(shù)的應(yīng)用效果，就需要明確近煤層采空區(qū)下決定防治水工作的目標(biāo)，并且按照項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)通過(guò)優(yōu)化技術(shù)更新技術(shù)來(lái)提高防治水技術(shù)的應(yīng)用水平。因此對(duì)下掘進(jìn)防治水技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行探討，明確技術(shù)的工藝標(biāo)準(zhǔn)以及要點(diǎn)是非常值得關(guān)注的一項(xiàng)內(nèi)容。

1 井田概況

對(duì)該井田進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域?yàn)槎B系煤層地層被新生界松散層覆蓋，該層沉積狀態(tài)因?yàn)楣诺匦蔚淖饔枚l(fā)生變化，測(cè)量后確定厚度為56.35～134.85m，平均厚80.6m。經(jīng)過(guò)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆探、電測(cè)井資料、巖性等方面的特征展開分析，分析了解該地層結(jié)構(gòu)組成，包含含水層、中部隔水層、底部含水層等。二疊系煤系地層結(jié)構(gòu)主要的組成部分是砂巖、巖漿巖、煤層等，并且其核心組成部分是泥巖、粉砂巖，并且砂巖裂隙發(fā)育狀態(tài)較差。地下水存儲(chǔ)量比較大，貯存以及移動(dòng)的過(guò)程中處于構(gòu)造裂隙內(nèi)，賦水性會(huì)因?yàn)闃?gòu)造裂隙而發(fā)生變化，并且貯存量為主。了解到礦井資料的具體情況，發(fā)現(xiàn)主采煤層頂部、底板砂巖裂隙水內(nèi)、巖漿巖裂隙水等水量比較大，是目前主要的煤層開采水源，并且對(duì)于整個(gè)煤層的開采產(chǎn)生較大的影響，必須選擇合適的防治水措施，才能規(guī)避不利因素干擾，促進(jìn)工作效果提升。

2 老空區(qū)積水情況

在本次采礦區(qū)的范圍內(nèi)，所選擇的123工作面整體處于124老空區(qū)的正下方，兩者的間隔距離為2.5m，并且各個(gè)位置上是均勻分布的，主要是開采4#煤，其煤層厚度平均是1.27m。煤層頂板的組成部分是泥巖、粉砂巖等，煤層的穩(wěn)定性比較差，難以滿足開采工作的需要。在123作業(yè)面開采的環(huán)節(jié)，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中通過(guò)膠帶運(yùn)輸機(jī)完成，并且需要穿越124老空區(qū)膠帶運(yùn)輸巷下方，持續(xù)性掘進(jìn)作業(yè)，其水源產(chǎn)生的部位比較多，比如頂板裂隙水、124 老空水等等，而這些水源都會(huì)給掘進(jìn)作業(yè)施工產(chǎn)生很大的影響，所有必須詳細(xì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行探查分析，以掌握影響因素，以便于采取合理的應(yīng)對(duì)措施。通過(guò)124 工作面設(shè)置在水平東翼43 采空區(qū)的下方，上部和4332采礦作業(yè)面相鄰設(shè)置，布置在斜軸的部位上。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)后得出，該煤層傾角為20°，厚度在0.6～2.5m之間，平均為1.8m。在整個(gè)工作面中走向長(zhǎng)度為560m，傾向長(zhǎng)65m，標(biāo)高-260～-217m?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面的頂板地質(zhì)條件是泥巖、粉砂巖等條件，所以在進(jìn)行掘進(jìn)、回采的作業(yè)中巷道以及工作面內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)淋滴水的情況，并且不同位置上有很大的差異，要分別對(duì)待。該工作面的開采作業(yè)時(shí)間為1年2個(gè)月的時(shí)間，通過(guò)應(yīng)用炮采對(duì)拉的方式進(jìn)行，工作面以東高西低的形式存在，兩巷比較高，并且向斜部膠帶運(yùn)輸巷低。在斜構(gòu)造軸內(nèi)有較多的地下水，基本上全部集中在該位置上，且周邊裂隙發(fā)育比較明顯，還有導(dǎo)水通道與儲(chǔ)水空間。正是因?yàn)樵搮^(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件較為特殊，所以容易造成124 工作面終采線周邊老空區(qū)軸部有較多老空水，并且還要在運(yùn)輸時(shí)預(yù)防出現(xiàn)老空水涌入的情況，才能保障安全性。

3 積水量預(yù)計(jì)

通過(guò)合理地確定積水區(qū)域，并且合理地預(yù)測(cè)124采空區(qū)積水量，得出表1的參數(shù)，并按照下式進(jìn)行計(jì)算:

表1 采空區(qū)相關(guān)參數(shù)

式中：Q積——積水區(qū)總積水量，m3;

Q采——采空區(qū)積水量，m3;

Q巷——老巷積水量，m3;

K——充水系數(shù)，采空區(qū)取0.3～0.5，煤巷取0.5～0.8，巖巷取0.8～1.0;

M——采空區(qū)的平均采高，m;

F——采空積水區(qū)的水平投影面積，m2;

a——煤層傾角，(°);

W——積水巷道原有斷面，m2;

L——巷道長(zhǎng)度，m。

4 掘進(jìn)探放水方案設(shè)計(jì)

4.1 探放老巷水

123 膠帶運(yùn)輸巷從施工開始，在現(xiàn)場(chǎng)間隔2.5m 就要使用錨桿鉆機(jī)從掘進(jìn)面以上的124 老巷開始進(jìn)行2個(gè)探水孔的設(shè)置，與安全施工地點(diǎn)的J2 前部有11m 的距離，與124 老空區(qū)有85m 的距離。在該老巷中標(biāo)高不斷的降低，在J2 前方60m 的距離，g8 的部位上設(shè)計(jì)有比較大的下坡結(jié)構(gòu)，整個(gè)巷道基本上是平直的狀態(tài)，并且還存在有緩慢上升的變化趨勢(shì)。這時(shí)所設(shè)置的探水孔，有部分水流出，同時(shí)可以聞到有比較重的臭味，說(shuō)明這個(gè)位置上就已經(jīng)有老巷水。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)特殊部位上的勘測(cè)分析，了解到地質(zhì)條件信息，如果繼續(xù)向前作業(yè)施工，上覆老巷積水量不斷地增大，問(wèn)題也在不斷的嚴(yán)重。因?yàn)楸敬窝芯康?23 膠帶運(yùn)輸巷正好是在124膠帶運(yùn)輸巷的正下方，對(duì)于老巷水的探測(cè)造成了一定的難度，經(jīng)過(guò)以上分析發(fā)現(xiàn)，明確在123 膠帶運(yùn)輸巷上設(shè)置探放水孔，具體可見表2數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，應(yīng)用的是75型油壓鉆機(jī)，鉆孔直徑為75mm，并且采用的是無(wú)巖芯鉆進(jìn)的方式。

表2 鉆孔參數(shù)

在本次煤礦開采的鉆進(jìn)作業(yè)中首次開始Zk1-01孔鉆進(jìn)施工，從施工到21m進(jìn)入到124老巷后，出水量處于4.0m3/h 左右(表3)。在老巷水不斷地疏放情況之下，出水量也在處于穩(wěn)定的狀態(tài)中并且結(jié)合特殊地質(zhì)條件展開分析，如果繼續(xù)向前作業(yè)施工，上覆老巷積水也會(huì)出現(xiàn)增大的情況。同時(shí)，經(jīng)過(guò)Zk1-02、Zk1-03 放水之后，基本上已經(jīng)沒(méi)有積水，完全可以滿足使用的需要。

表3 涌水量統(tǒng)計(jì)（m3/h）

對(duì)于本次的放水作業(yè)中總計(jì)進(jìn)行了2次放水，將老巷水基本上排放出去，兩次分別排放1253m3、2611m3，將老巷的積水基本上都能夠疏放掉，并且還能降低水壓的作用力。在進(jìn)行了2次持續(xù)性的排水作業(yè)之后，只有中間孔出水。通過(guò)分析之后發(fā)現(xiàn)，在本次設(shè)置的探放孔，其直徑相對(duì)比較大，所以使得終孔與老巷存在著較大的偏離，影響最終的效果。

4.2 探放老空水

從本次現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的實(shí)際情況分析，要想對(duì)于最低部位上達(dá)到探放水的效果，在設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，鉆孔時(shí)應(yīng)該超出老空區(qū)至少1.0m 以上，才能達(dá)到放水的效果。因?yàn)楫?dāng)前的煤礦作業(yè)范圍內(nèi)，膠帶運(yùn)輸巷處于J2前方65m，整個(gè)區(qū)域內(nèi)上覆老巷在某個(gè)小范圍的下坡上，所以在設(shè)置時(shí)，其標(biāo)高低于采空區(qū)最低處，這樣可以提升探放水的效果。在本次鉆場(chǎng)中設(shè)計(jì)需要放水孔有5個(gè)，放水孔仰角從大到小采用的是扇形設(shè)置方式，并根據(jù)需要先后實(shí)施Z1、Z2、Z3、Z4、Z5幾個(gè)孔的設(shè)置，放水孔全部都是在4#煤層內(nèi)開孔設(shè)置，并且在進(jìn)入到4#煤層頂板，然后直接打孔進(jìn)入到老空區(qū)、老巷根據(jù)鉆孔作業(yè)的需要，選擇使用75 型鉆機(jī)施工，鉆頭直徑為75mm。在本部分放水作業(yè)之前，為了提升生產(chǎn)的安全性，停止掘進(jìn)且在鉆場(chǎng)后20m的位置上，到巷道掘進(jìn)面工作區(qū)域內(nèi)，沿著巷道的方向設(shè)置加固支護(hù)設(shè)施，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性。在本次探放水鉆探作業(yè)中由專業(yè)技術(shù)人員落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指導(dǎo)性工作，然后結(jié)合實(shí)際需要開展鉆探作業(yè)施工。鉆孔工作開始之前，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員測(cè)量鉆場(chǎng)標(biāo)高，并明確具體的探放孔深度，為后續(xù)施工提供幫助。

經(jīng)過(guò)對(duì)上述鉆孔作業(yè)，發(fā)現(xiàn)出水量先增加后減小，說(shuō)明后續(xù)鉆孔作業(yè)后，放水的效果比較好，完全可以達(dá)到防水的效果。在探放水作業(yè)的環(huán)節(jié)，因?yàn)殂@孔時(shí)全部都穿越煤層，所以在放水的環(huán)節(jié)出現(xiàn)了堵孔的情況，只有Z1孔沒(méi)有發(fā)生堵孔的情況，所以現(xiàn)場(chǎng)施工中檢查發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的堵孔問(wèn)題要再次鉆孔處理，確保水道達(dá)到通暢性的要求。在探放作業(yè)中Z1 孔因?yàn)榻K孔標(biāo)高是最高的，所以在鉆孔后，先不出水，在其他的各個(gè)孔都相繼出水之后，水量依然保持穩(wěn)定狀態(tài)，沒(méi)有明顯的增加。因此，可以判定在疏放作業(yè)后，水壓不斷地減小。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的疏放，整個(gè)區(qū)域內(nèi)疏放水量達(dá)到9270m3，壓力下降到合理的范圍內(nèi)，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

4.3 邊探邊掘

經(jīng)過(guò)對(duì)上述的124 老巷以及采空區(qū)低洼積水狀況的了解，預(yù)測(cè)該區(qū)域內(nèi)的積水已經(jīng)全部都排放干凈，但是在有些的工作面部位沿著標(biāo)高線出現(xiàn)起伏變化，加上回采后存在著一定數(shù)量矸石，造成現(xiàn)場(chǎng)一些區(qū)域內(nèi)還會(huì)部分積水存在，所以在開采的環(huán)節(jié)，必須按照要求進(jìn)行探測(cè)、掘進(jìn)，通常每間隔10m 需要探放一次，從而滿足現(xiàn)場(chǎng)開采作業(yè)需要。

5 強(qiáng)化巷道圍巖控制及掘進(jìn)防治水安全措施

(1)為了全面提升整體掘進(jìn)作業(yè)中巷道安全、穩(wěn)定，防止發(fā)生變形的問(wèn)題，不會(huì)引發(fā)淋水的危害，確保回風(fēng)巷正常的運(yùn)行，所以在現(xiàn)場(chǎng)需要采取必要的支護(hù)性措施，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能，在支護(hù)時(shí)選擇應(yīng)用錨網(wǎng)噴+鋼棚支護(hù)的形式。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)分析，考慮到實(shí)際情況確定最佳的技術(shù)參數(shù)，本次制作的鋼棚用材料是螺紋鋼筋，直徑為18mm，使用6 根制作主體結(jié)構(gòu)。支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)施工后，進(jìn)行混凝土噴射作業(yè)，材料為C25，噴射厚度為250mm。為了盡量地避免出現(xiàn)巷道淋水的問(wèn)題，在進(jìn)行支護(hù)施工中錨網(wǎng)中內(nèi)側(cè)需要設(shè)置隔水材料以及泄壓管，可見圖1。

圖1 巷道加強(qiáng)支護(hù)示意圖（單位：mm）

(2)因?yàn)楸敬伍_采作業(yè)的123煤層采空區(qū)有較多的積水，面積比較大，影響范圍也比較大，且補(bǔ)水水源以地表水為主，所以在掘進(jìn)作業(yè)的環(huán)節(jié)，對(duì)于采空區(qū)下部施工中要及時(shí)進(jìn)行疏排水處理，同時(shí)還要組織專業(yè)技術(shù)人員、應(yīng)用先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行積水情況監(jiān)測(cè)。巷道掘進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)，先進(jìn)行物探作業(yè)，再進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，每項(xiàng)工作措施都能有效的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)超前探放水。如果在探放水的過(guò)程中有出水鉆孔的情況，要立即更換鉆孔，將其轉(zhuǎn)化為永久性排放鉆孔保留下來(lái)，以防止誘發(fā)安全事故。

回風(fēng)巷經(jīng)過(guò)上述的綜合防治水的處理后，整個(gè)巷道內(nèi)掘進(jìn)過(guò)程中淋水情況不斷地減少，圍巖變形沒(méi)有超過(guò)30mm，所以總體來(lái)說(shuō)123 煤層的安全性達(dá)標(biāo)，并未出現(xiàn)惡性事故。

6 結(jié)語(yǔ)

在煤礦開采環(huán)節(jié)容易發(fā)生突水事故，而這種現(xiàn)象是比較普遍的，因此，考慮到工程的安全性必須采取合理的措施處理。在本次研究中老空區(qū)的充水情況比較嚴(yán)重，積水量也比較大。而通過(guò)合理的應(yīng)用各種疏放水措施，有效地降低內(nèi)部水壓，讓積水可以及時(shí)排出。在本項(xiàng)目中降壓的效果非常好，圍巖變形量處于合理的范圍內(nèi)，通過(guò)該防治水技術(shù)的應(yīng)用切實(shí)保障煤礦開采效果，對(duì)于當(dāng)前的煤層作業(yè)產(chǎn)生積極的意義。