禹州大劉山煤業(yè)采空區(qū)水害防治技術(shù)研究與應(yīng)用

連志偉

（禹州大劉山煤業(yè)，河南 許昌 461670）

1 概 況

水害事故是僅次于瓦斯事故的煤礦群死群傷“第二殺手”，同時(shí)也是制約我國(guó)煤炭資源安全經(jīng)濟(jì)開(kāi)采的主要災(zāi)害之一。由于歷史原因，一些老礦井老空區(qū)往往缺乏甚至沒(méi)有可靠的技術(shù)資料，水情難以分析判斷，并且這種水體分布集中，水壓傳遞迅速，采掘工作面一旦接近，老空積水便可突然潰出，發(fā)生透水事故，是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中普遍存在的一種水害，資源整合、兼并重組后的礦井尤為突出，是煤礦防治水的重點(diǎn)。

禹州市大劉山煤業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱大劉山煤業(yè)） 是河南永錦能源有限公司與湖北興鴻基貿(mào)易有限公司于2012 年6 月注冊(cè)成立的兼并重組礦井，位于禹州市神垕鎮(zhèn)于溝村境內(nèi)，相鄰煤礦北部為平禹新明煤業(yè)，南部為大興煤業(yè)，東部為聶家溝煤礦，西部為大興煤業(yè)。礦區(qū)東西長(zhǎng)約1.5 km，南北寬約0.5 km，面積0.769 4 km2。大劉山煤業(yè)礦井全井田共劃分為1 個(gè)采區(qū)，即11 采區(qū)，11 采區(qū)共布置8 個(gè)綜采工作面，礦井目前處于升級(jí)改造階段，首采工作面為11060 綜采工作面。大劉山煤業(yè)在11 采區(qū)+160 m 水平建立了11 采區(qū)水倉(cāng)和泵房，水倉(cāng)容量890 m3，能夠容納礦井8 h 正常涌水量；11 采區(qū)泵房安裝MD-120-6×50 多級(jí)離心泵3 臺(tái)，排水管二趟φ108 mm 無(wú)縫鋼管，沿主井井筒敷設(shè)，直排地面，實(shí)測(cè)排水能力最大309.5 m3/h，能在20 h 內(nèi)排出礦井24 h 的正常涌水量（礦井正常涌水量20 m3/h），能夠滿足礦井排水需要。

由于大劉山煤業(yè)為兼并重組礦井，為了保證工作面安全開(kāi)采，采用物探與鉆探相結(jié)合的方法，對(duì)大劉山煤業(yè)及其周邊采空區(qū)進(jìn)行探查疏放。

2 采空區(qū)分布

2.1 井田內(nèi)及周邊老窯分布情況

大劉山煤業(yè)西南臨郟縣大興煤業(yè)，東北與平禹新嶺煤礦相鄰，北臨平煤新明煤業(yè)有限公司，周邊礦井相對(duì)位置如圖1 所示。

圖1 大劉山煤業(yè)四鄰關(guān)系圖Fig.1 Relationship of the neighbors around Daliushan Coal Industry

根據(jù)調(diào)查，大劉山煤業(yè)周邊煤礦共有老窯采空區(qū)5 處，分別為大興煤業(yè)一號(hào)采空區(qū)，位于井田外西南部；大興煤業(yè)二號(hào)采空區(qū)，位于礦區(qū)西南部；大興煤業(yè)三號(hào)采空區(qū)，位于礦區(qū)南部；大興煤業(yè)四號(hào)采空區(qū)，位于礦區(qū)東南部；神垕鎮(zhèn)聶家溝煤礦采空區(qū)，位于礦區(qū)東南部，累計(jì)采空區(qū)面積248 967 m2，如圖2 所示。

圖2 周邊煤礦采空區(qū)分布Fig.2 Distribution of goaf in surrounding coal mine

2.2 礦井采空區(qū)分布情況

根據(jù)調(diào)查和《禹州市大劉山煤業(yè)有限公司地面瞬變電磁勘探報(bào)告》，推測(cè)二1 煤老窯采空區(qū)4 處，分別為CK01 采空區(qū)，位于礦區(qū)西北部；CK02 采空區(qū)，位于礦區(qū)西部；CK03 采空區(qū)，位于礦區(qū)東部；CK04 采空區(qū)，位于礦區(qū)東南部，累計(jì)采空面積328 478 m2，如圖3 所示。

圖3 大劉山煤業(yè)采空區(qū)分布Fig.3 Distribution of goaf in Daliushan Coal Industry

3 物探情況

為查明礦區(qū)范圍內(nèi)二1 煤層老窯采空區(qū)及積水區(qū)分布情況，按照《煤礦防治水規(guī)定》第四十條規(guī)定，大劉山煤2022 年4～5 月委托河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院對(duì)大劉山煤業(yè)井田范圍內(nèi)及周邊200 m 范圍進(jìn)行了地面瞬變電磁勘探，預(yù)計(jì)二1 煤層采空區(qū)積水區(qū)水量，評(píng)價(jià)其對(duì)二1 煤層采掘活動(dòng)的影響，探測(cè)二1 煤層頂?shù)装逯饕畬痈凰浴?/p>

結(jié)合地質(zhì)資料分析提取了二1 煤層、二1 煤層頂板大占砂巖（+20 m）、底板太原組上段灰?guī)r（-15 m）、太原組下段灰?guī)r（-35 m） 和寒武系灰?guī)r（-60 m） 的視電阻率順層切片數(shù)據(jù)（圖4），排除數(shù)據(jù)干擾因素后推測(cè)較為可靠的低阻異常區(qū)3 處，分 別 為DZYC01、DZYC02、DZYC03。DZYC01、DZYC02 和DZYC03 位于本區(qū)東南部郟縣大興煤業(yè)采空區(qū)范圍內(nèi)，推測(cè)是由采空區(qū)積水引起的低阻異常。

圖4 二1 煤層瞬變電磁視電阻率平面圖Fig.4 Plane of transient electromagnetic apparent resistivity of No.II-1 coal seam

4 鉆探驗(yàn)證

結(jié)合物探情況，2022 年6 月初在11 采區(qū)軌道下山進(jìn)行了井下掘進(jìn)工作面鉆探驗(yàn)證。施工地點(diǎn)為11 采區(qū)皮帶下山，11 采區(qū)皮帶下山北部為西翼回風(fēng)巷，南部為原11 采區(qū)皮帶下山聯(lián)絡(luò)巷，東部為11 采區(qū)軌道下山，西部為實(shí)體煤和二號(hào)采空區(qū)，11 采區(qū)皮帶下山為巖巷，布置在二1 煤層底板中。根據(jù)11 采區(qū)皮帶下山地質(zhì)超前探及物探驗(yàn)證，共設(shè)計(jì)鉆孔17 個(gè)，其中巷道正前方施工了6 個(gè)鉆孔，左側(cè)施工了6 個(gè)鉆孔，右側(cè)施工了5 個(gè)鉆孔，探明11 采區(qū)下部開(kāi)拓工程掘進(jìn)前方55 m 范圍及左右兩幫30 m 范圍內(nèi)的地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，每個(gè)鉆孔均下設(shè)孔口管，采用水泥漿固管，如圖5 所示，鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Drilling holes design parameters

圖5 11 采區(qū)皮帶下山首次地質(zhì)超前探及物探驗(yàn)證鉆孔設(shè)計(jì)Fig.5 The first geological advanced exploration and geophysical exploration verification drilling holes design of belt downhill in No.11 mining area

4.1 鉆孔施工情況

11 采區(qū)皮帶下山共測(cè)斜6 個(gè)鉆孔，GD-1、P-2、P-5 號(hào)鉆孔為驗(yàn)證鉆孔全部測(cè)斜，總測(cè)斜率35%，其中GD-1 號(hào)鉆孔測(cè)斜51 m，實(shí)際見(jiàn)煤位置較理論見(jiàn)煤位置低1.5 m，偏左1.2 m；GD-5 號(hào)鉆孔測(cè)斜55 m，實(shí)際見(jiàn)煤位置較理論見(jiàn)煤位置高1.1 m，偏左1.3 m；P-2 號(hào)鉆孔測(cè)斜42 m，實(shí)際見(jiàn)煤位置較理論見(jiàn)煤位置低2.9 m，偏右0.8 m；P-4 號(hào)鉆孔測(cè)斜72 m，實(shí)際見(jiàn)煤位置較理論見(jiàn)煤位置低1.0 m，偏右1.9 m；P-5 號(hào)鉆孔測(cè)斜42 m，實(shí)際見(jiàn)煤位置較理論見(jiàn)煤位置低1.2 m，偏左0.9 m；P-7號(hào)鉆孔測(cè)斜68 m，實(shí)際見(jiàn)煤位置較理論見(jiàn)煤位置低2.1 m，偏右2.3 m。

施工過(guò)程中，共有6 個(gè)鉆孔出水，根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果、出水氣味和出水顏色，判定為老空積水。初始最大水壓0.1 MPa，其中P-1 號(hào)鉆孔56 m 處出水，最大出水水量90 m3/h；P-4 號(hào)鉆孔73 m 處出水，初始水壓0.060 MPa；P-8 號(hào)鉆孔62 m 處出水，初始最大出水量10 m3/h；P-9 號(hào)鉆孔61 m 處出水，初始最大出水量76 m3/h；P-10 號(hào)鉆孔60 m處出水，初始最大出水量40 m3/h；P-11 號(hào)鉆孔58 m 處出水，初始最大出水量40 m3/h；其余施工的鉆孔孔內(nèi)均無(wú)出水。

4.2 老空水疏放

根據(jù)實(shí)鉆情況、物探成果、水質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告、大興煤礦采掘圖等資料分析，11 采區(qū)皮帶下山預(yù)掘前方56 m 處為大興煤礦采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)存在大量老空積水，老空積水面積75 496 m2，初始老空積水水位標(biāo)高+125—171 m，初始老空積水量10.16 萬(wàn)m3。自P-1 號(hào)孔鉆探出水后，共疏放水7.9 萬(wàn)m3，水壓降至0，累計(jì)涮孔3 次后鉆孔不再出水，確保疏干放凈。11 采區(qū)皮帶下山第1 輪地質(zhì)超前探及物探驗(yàn)證共施工3 個(gè)驗(yàn)證鉆孔，3 個(gè)鉆孔均未出水，同時(shí)鉆探施工結(jié)束后進(jìn)行了瞬變電磁物探驗(yàn)證，利用鉆探和物探雙驗(yàn)證確保了工程準(zhǔn)確性和可靠性。

5 結(jié) 語(yǔ)

禹州市大劉山煤業(yè)有限公司為兼并重組礦井，附近老窯多，采空區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜和部分地點(diǎn)水文地質(zhì)情況不明，為保證大劉山煤業(yè)安全生產(chǎn)，此次采用物探與鉆探相結(jié)合的方法對(duì)該礦采空區(qū)積水進(jìn)行探查，圈定了3 處電阻異常區(qū)，并施工了17 個(gè)鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，探明11 采區(qū)下部開(kāi)拓工程掘進(jìn)前方55 m 范圍及左右兩幫30 m 范圍內(nèi)的地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，確定了采空區(qū)積水面積75 496 m2，積水量10.16 萬(wàn)m3。共疏放采空區(qū)積水7.9 萬(wàn)m3，水壓降至0，后又施工3 個(gè)驗(yàn)證鉆孔，確保疏放干凈，保證了后期采掘作業(yè)的安全。