曉明礦北二七層老空水探放技術(shù)研究

摘" 要：煤礦防治水工作在礦井生產(chǎn)過程中起著重要的作用，煤礦防治水工作開展的好與壞直接關(guān)系到國家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全，關(guān)系到社會(huì)穩(wěn)定和諧發(fā)展。曉明礦作為一個(gè)生產(chǎn)50余年的老礦井，井田范圍內(nèi)存在大量老空區(qū)。北二7#煤層老空區(qū)由北二709、北二710、北二711、北二722和北二723五個(gè)老空區(qū)組成，老空面積廣，可存水量大，積水情況復(fù)雜，通過北二802工作面對采空區(qū)積水進(jìn)行探放，查明積水量、積水范圍及各老空區(qū)之間的水利聯(lián)系，保證綜采工作面的順利回采，為以后老空水的探放提供豐富的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：老空區(qū)積水;煤礦防治水;曉明礦;積水量;積水范圍

中圖分類號：G812.41" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）26-0169-04

Abstract： Water prevention and control work in a coal mine plays an important role in the process of mining. The quality of coal mine water prevention and control work is directly related to the safety of national property and people's lives， and is related to social stability and harmonious development. As an old mine that has been in production for over 50 years， Xiaoming Mine has a large number of old goafs within its mining area. The goaf of Bei'er#7 coal seam is composed of Bei'er 709， Bei'er 710， Bei'er 711， Bei'er 722 and Bei'er 723， which has a wide empty area， large water storage and complex water accumulation. Through the exploration and discharge of stagnant water in goaf through the work of Bei'er 802， the water accumulation， the scope of water accumulation and the water conservancy connection between various goaf are found out， which ensures the smooth mining of fully mechanized mining face and provides rich experience for the exploration and release of old empty water in the future.

Keywords： stagnant water in old goaf; prevention and control of water in coal mine; Xiaoming mine; stagnant water; stagnant water range

俗話說水火無情，火燒一線，水漫一片，礦井一旦發(fā)生透水事故，可能出現(xiàn)“群死群傷”和重大財(cái)產(chǎn)損失。曉明礦是一個(gè)開采了50多年的老礦井，井田范圍內(nèi)大部分采區(qū)均已回采完畢，因此井田范圍內(nèi)存在大量采空區(qū)，曉明礦防治水工作的重點(diǎn)也是采空區(qū)積水的治理。

曉明礦2019年決定由政策性關(guān)閉礦井改為延期關(guān)閉，生產(chǎn)接續(xù)安排重新調(diào)整，要求縮短北二802工作面計(jì)劃工期，提前貫通，以滿足生產(chǎn)接續(xù)需要。北二802工作面位于北二采區(qū)八層二段，運(yùn)順長933 m，回順長941 m，切眼長260 m，面積183 166 m2。工作面上部為北二710、北二711采空區(qū)，北二709、北二722、北二723三個(gè)采空區(qū)與之相鄰，根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)整體老空內(nèi)最大積水量可達(dá)18萬m3，工作面與老空區(qū)平均層間距23 m左右。北二709采空區(qū)內(nèi)曾充填有北二水倉清倉泥水，且采空區(qū)之間階段煤柱5～7 m，預(yù)計(jì)老空內(nèi)積水均存在水利聯(lián)系，淤泥將給探放水工作增加較大困難。該工作面水患治理將對生產(chǎn)接續(xù)調(diào)整起到關(guān)鍵作用，原積水治理方案計(jì)劃采用施工泄水道的方式對老空水進(jìn)行治理，該方式要求工期長、額外增加掘進(jìn)施工工程量，但無法滿足生產(chǎn)接續(xù)要求，為此，曉明礦迫切需要研究一套迅速、有效的老空水治理方法，縮短對老空水治理時(shí)間，滿足礦井生產(chǎn)接續(xù)安排。

1" 積水探測

1.1" 研究方向

為實(shí)現(xiàn)北二802工作面安全生產(chǎn)，治理工作面上部北二七層老空水，研究2套老空水治理方式：第一是工作面掘進(jìn)前先施工一條泄水道，通過泄水道將老空水治理后再進(jìn)行工作面掘進(jìn);第二是采用工作面掘進(jìn)過程中超前探放的方式對積水進(jìn)行治理。

1.1.1" 泄水道治理方式

北二802工作面掘進(jìn)前延七層煤靠近F320斷層施工一條607 m專用泄水巷道，泄水道在臨近老空區(qū)前作下山與老空區(qū)形成高差，在泄水道施工探放水鉆孔對老空區(qū)積水進(jìn)行探放，探放結(jié)束后確認(rèn)老空水治理完畢，北二802即可安全生產(chǎn)，工作面施工過程中在無水患影響情況下掘進(jìn)。

1.1.2" 超前探放治理方式

北二802工作面掘進(jìn)過程中臨近設(shè)計(jì)探水線位置后停掘施工探放水硐室，在探放水硐室采用“物探先行，鉆探驗(yàn)證”的方式對老空區(qū)積水進(jìn)行探測治理，探測范圍130 m，根據(jù)超前30 m探測要求，每隔100 m進(jìn)行一次探測治理工作。

1.2" 方案選定

曉明礦與鐵法能源公司地測處有關(guān)工程技術(shù)人員經(jīng)過反復(fù)研究、討論發(fā)現(xiàn)，超前探放的方式較施工泄水道的方式工序復(fù)雜，探放水工程量大，但整體北二802工作面回采工期將縮短近5個(gè)月，針對曉明礦生產(chǎn)接續(xù)現(xiàn)狀，決定采用物探先行、鉆探驗(yàn)證的超前探方式對采空區(qū)積水進(jìn)行治理，可以實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，在此基礎(chǔ)上編制了專項(xiàng)探放水設(shè)計(jì)。

1.3" 方案說明

老空區(qū)積水預(yù)測水位高差較大，為確保安全生產(chǎn)，嚴(yán)格執(zhí)行井下探放水“兩探”規(guī)定，做到物探先行鉆探驗(yàn)證，物探設(shè)備采用瞬變電磁儀探測。鉆探采用工作面停掘超前探放的方式，以北二802回順、切眼為主，運(yùn)順輔助對上部七層老空水進(jìn)行探放。

北二802工作面探水點(diǎn)距預(yù)計(jì)積水線水平距離不小于30 m。工作面在臨近上部老空區(qū)積水前正常掘進(jìn)，當(dāng)施工至設(shè)計(jì)探水線位置后停止掘進(jìn)，利用YCS512礦用本安型瞬變電磁探水儀，對老空區(qū)進(jìn)行物探探測，物探最大范圍為130 m，探測完畢后施工探水鉆孔對物探結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，2種探測手段相互驗(yàn)證均無水后，根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》要求可以向前掘進(jìn)100 m，再次停止掘進(jìn)往復(fù)上述工序進(jìn)行探測，確認(rèn)下一探測位置。北二802回順、運(yùn)順各布置6個(gè)探放水硐室，探放水硐室內(nèi)采用物探、鉆探相結(jié)合手段進(jìn)行探測，探孔采用小角度、長鉆孔施工。

1.4" 研究方案的實(shí)施

北二802工作面于2019年5月開始掘進(jìn)生產(chǎn)，2019年9月18日起，北二802工作面開始探放水工作，總計(jì)開展物探工作11次，在工作面運(yùn)順、回順及切眼共施工探放水鉆孔68個(gè)。其中，回順施工鉆孔9個(gè)，運(yùn)順施工鉆孔3個(gè)，切眼施工鉆孔56個(gè)，鉆孔總計(jì)工程量2 690余米。針對北二711采空區(qū)施工探放水鉆孔16個(gè)，放出水量45 360萬m3;針對北二710采空區(qū)施工探放水鉆孔52個(gè)，放出水量26 240萬m3。

1.5" 方案實(shí)施的效果

經(jīng)過多次研究、探討、評估決定采用物探先行、鉆探驗(yàn)證的超前探方式對采空區(qū)積水進(jìn)行治理。首先工作面掘進(jìn)至預(yù)計(jì)探水線處停止掘進(jìn)，利用YCS512礦用本安型瞬變電磁探水儀對老空區(qū)進(jìn)行物探探測，物探最大范圍為130 m，探測完畢后施工探水鉆孔對物探結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，2種探測手段相互驗(yàn)證均無水后，根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》要求可以向前掘進(jìn)100 m，再次停止掘進(jìn)往復(fù)上述工序進(jìn)行探測，確認(rèn)下一探測位置。北二802回順通過5次瞬變電磁儀物探工作和9個(gè)探水鉆孔確定老空區(qū)積水位置，根據(jù)積水范圍預(yù)計(jì)積水量10萬m3，其中對工作面回采造成影響的積水為7萬m3。

2" 主要研究成果

2.1" 探明老空水存在狀態(tài)

通過北二802切眼對北二711老空區(qū)施工的鉆孔出水狀態(tài)進(jìn)行分析，老空區(qū)內(nèi)通透性差，充水系數(shù)低。且老空區(qū)內(nèi)充填有清倉泥漿，進(jìn)一步充填老空區(qū)，降低老空區(qū)充水系數(shù)，使老空水呈海綿體存在，且積水不連續(xù)，浮巖、泥漿相互黏連形成類壩體將積水隔絕。極少數(shù)鉆孔出水量大，說明局部地點(diǎn)通透性較好，存水較多。大量施工鉆孔尋找出水點(diǎn)，對老空水最終的良好治理起到關(guān)鍵作用。另外根據(jù)觀測北二711老空區(qū)的鉆孔和北二710老空區(qū)的鉆孔靜水水壓發(fā)現(xiàn)，2處老空區(qū)水位標(biāo)高不一致，但相差不大，且有溝通現(xiàn)象，說明老空區(qū)間煤柱不完全隔水，存在緩慢水利聯(lián)系，如圖1所示。

2.2" 探明老空區(qū)間水利聯(lián)系

根據(jù)35#、45#、57#和66#等幾個(gè)出水狀態(tài)較佳的鉆孔觀察，總出水量小于9 m3/h時(shí)靜水壓力仍然緩慢上漲;出水量等于9 m3/h時(shí)，靜水壓力趨于平衡;出水量大于9 m3/h時(shí)，靜水壓力開始下降;出水量大于15 m3/h時(shí)，靜水壓力開始急速下降，如圖2所示。這說明北二709老空區(qū)未能與北二710老空區(qū)通透連通，僅通過煤柱間裂隙緩慢溝通，說明通過采動(dòng)壓力影響后6 m的煤柱會(huì)被破壞，形成老空區(qū)間連通，再經(jīng)過長久壓力影響，該種連通會(huì)被逐步壓實(shí)，水利聯(lián)系越來越弱，直到壓力穩(wěn)定后形成細(xì)微聯(lián)系。

2.3" 面狀布孔消除老空區(qū)水患

在分析確定老空水的存在狀態(tài)后，為確保水患的消除，在北二802切眼對北二710采空區(qū)呈面狀布置鉆孔，將透孔點(diǎn)覆蓋整體切眼上方水患影響區(qū)域，避免因類壩體隔絕積水造成老空水排放不完全，總計(jì)排放老空區(qū)積水71 600 m3。經(jīng)過北二802工作面初采后，老塘出水狀態(tài)驗(yàn)證北二七層老空水治理取得良好結(jié)果，為工作面回采提供安全保障。

2.4" 提高掘進(jìn)效率滿足生產(chǎn)接續(xù)要求

北二802回順原計(jì)劃2020年4月施工至切眼位置，但采用超前探測方案后，提高了掘進(jìn)效率，加快了施工速度，2019年12月便施工到位，提前了4個(gè)月，使得工作面提前貫通，滿足生產(chǎn)接續(xù)要求。

2.5" 滿足生產(chǎn)接續(xù)提高回采率

通過優(yōu)化北二802工作面探放水工作施工流程，解決了北二802工作面受水害威脅區(qū)域的隱患，提高了掘進(jìn)效率，使得工作面滿足接續(xù)要求貫通。避免重新開切眼并多回收煤炭資源6萬余噸，提高了煤炭資源回收率，增加了礦井產(chǎn)量，提高了員工收入。采區(qū)回采率80.04%，同時(shí)滿足國家對煤炭資源回收率的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3" 效益分析

3.1" 降低施工成本

通過鐵法能源公司及礦相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、部門上下的共同努力，曉明礦解決了北二七層老空水的隱患，避免因接續(xù)問題而重新開拉切眼，減少了重新施工260 m切眼產(chǎn)生的材料成本。

重新施工260 m切眼所需材料成本為260 m×4 000元/m=104萬元。

3.2" 提高煤炭資源回收率新增利潤

北二802工作面通過68個(gè)探放水鉆孔的施工，解決了北二七層老空區(qū)對安全生產(chǎn)的水患影響，避免重新開拉切眼損失煤炭資源6萬余噸。其中68個(gè)鉆孔總量2 711 m，按施工每米所需成本155元計(jì)算，總施工成本約為42萬元，增加回采煤炭資源6萬t，按市場原煤每噸300元計(jì)算，總計(jì)增加1 800萬元，總計(jì)提高利潤1 758萬元。

4" 結(jié)束語

水害是煤礦五大自然災(zāi)害之一，發(fā)生事故后人員逃生困難，特別是重大及特重大事故對人身傷害更為嚴(yán)重，煤礦損失極為慘痛。因此煤礦應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水基本原則，甚至在大部分煤礦都應(yīng)將“有疑必探”提高到“有掘必探”的重視高度。

水害存在區(qū)域具有隱蔽性，積水是不可見的，人們無法從肉眼上去觀測積水存在的狀態(tài)及水害的威脅程度，但根據(jù)以往事故案例，幾乎所有水害事故都有不同程度的自然前兆，一般前兆為掛紅、掛汗、煤壁變冷、出現(xiàn)霧氣及水叫、淋水加大和裂縫出現(xiàn)滲水等。所以煤礦應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)員工的培訓(xùn)和教育，提高職工災(zāi)害的認(rèn)識程度，專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)具備較強(qiáng)的安全意識及強(qiáng)大的判斷能力，通過現(xiàn)有資料及后期探測能大致準(zhǔn)確判斷水害威脅程度及存在狀態(tài)，在水害事故發(fā)生前消滅隱患，確保煤礦安全生產(chǎn)。

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作者簡介：李雪峰（1989-），男，工程師。研究方向?yàn)榈V井地質(zhì)。