棄滯煤炭復采的探水探空技術

王廣勝，楊樹才

（山西蘭花集團 莒山煤礦有限公司，山西 澤州 048002）

蘭花集團莒山煤礦位于山西省晉城市東北18 km處、澤州縣巴公鎮三家店村附近，礦區面積9.021 4 km2，可采煤層3號～15號。經50多年開采，3號煤瀕臨枯竭，為延長礦井服務年限、緩解水平接替緊張，近幾年針對20世紀70、80年代刀柱工作面下的棄滯煤炭進行復采回收，其中的探水探空工作受到莒山煤礦的高度重視。

1 復采技術介紹

1）復采工作面的設計。3號煤復采工作面布置受到原刀柱工作面情況制約，采區運輸及回風大巷布置于原采區隔離煤柱間，均沿3號煤底板掘進，頂煤厚度不足時可采用臥底掘進（半煤巷）。工作面順槽沿煤層底板掘進，考慮上分層刀柱工作面回采巷道高度的不確定性，以及避免上分層刀柱工作面順槽煤柱集中應力的影響，復采工作面順槽與上分層刀柱工作面順槽采用內錯布置，間距5 m。復采工作面采用長壁綜合機械化全部垮落法采煤。復采回收棄滯資源情況，見圖1。

圖1 復采棄滯煤炭示意圖

2）復采工作面的巷道規格和支護形式。巷道采用梯形斷面、梯形金屬支架支護，特征如下：梁長3.0 m，腿長2.4 m；巷道上口毛寬3.0 m，下口毛寬3.8 m，毛高2.5 m；SM＝8.5m2；巷道上口凈寬2.7m，下口凈寬3.5m，凈高2.25 m，SJ＝6.98m2；柱窩深 0.10m，岔角 0.4m，棚距 0.80m。

2 水文地質條件

莒山煤礦3號煤層結構簡單，煤層層理一般，節理發育。直接頂為砂質泥巖，厚度1.45m。老頂為細砂巖，厚度5.13m。底板為砂質泥巖及細砂巖。3號煤復采工作面主要在原刀柱工作面下布置，復采回收下分層殘留的棄滯資源，采掘過程中將遇到原刀柱工作面遺留煤柱及原巷道和原刀柱工作面采空區域，大氣降水通過地表裂隙滲入原工作面采礦區域，煤層裂隙水與采空積水為工作面主要水源，復采工作面過空探測和探放水問題成為莒山煤礦采掘生產中面臨的最大問題。

3 礦井充水因素分析

根據井田地質、水文地質條件、礦井開拓情況，本礦井充水因素為大氣降水、地表水、地下水。在“雨季”大氣降水集中，大氣降水、地表水通過受采動影響產生的地表裂隙、基巖風化裂隙向礦坑充水。3號煤層頂板之上為中細粒砂巖，在本區層位穩定，煤層開采中頂板壓力發生變化，產生較多裂隙，成為大氣降水、地表水滲入礦坑的主要通道，使其間接滲入礦坑，成為間接補給水。3號煤原刀柱工作面開采后，采空區頂板冒落，形成冒落帶和導水裂隙帶，是礦井原刀柱工作面采空區積水的通道，成為3號煤復采中的重要水源。

4 探放水技術

根據《煤礦防治水規定》：防治水工作應當堅持預測預報、有掘必探、先探后掘、有采必探、先探后采的原則，采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施。本文結合莒山煤礦3號煤復采工作面地質條件，合理地布置了探放水鉆孔及其參數。

4.1 鉆孔位置及角度的確定

根據水文地質資料，結合掘進工作面迎頭超前探瞬變電磁法物探實驗結果報告分析，探水的主要對象是原刀柱工作面采空區積水，鉆孔采用扇形布置，長探與短（補）探相結合的探水方式進行。

1）長探。在巷道前方平行于煤層底板方向探測，布置3個鉆孔，距巷道底板高度1.0 m，中間鉆孔垂直煤幫，孔間距100cm，兩幫鉆孔夾角10°，見圖2。

圖2 探放水長探示意圖

2）短探。莒山煤礦現開采3號煤，主要是原刀柱工作面棄滯資源復采回收工作面，為充分掌握現掘進巷道前方空巷和上方采空積水情況，掘進過程中探放水采用ZDY1500（MKD-5）型煤礦用全液壓坑道鉆機或ZYJ-500/180架柱式液壓回轉鉆機進行短（補）探，布置2組鉆孔，每組3個鉆孔，根據煤層傾角與原刀柱工作面上層回采煤層厚度，調整鉆孔傾角，1組鉆孔距煤層底板1.3 m布置，傾角2°；2組鉆孔距煤層底板1.5 m布置，傾角4°。孔間距均為120 cm，兩幫鉆孔夾角20°，見圖 3。

圖3 探放水短探示意圖

4.2 鉆孔深度及超前距離的確定

采用邊探水邊掘進的方案進行探水，根據水文地質資料的水壓、水量、以往探水經驗、探水設備、探水技術水平綜合考慮，確定長探探水孔設計鉆孔長度200 m，幫距不小于20m，且保證不低于60m的安全距離。短（補）探探水鉆孔長度60 m，幫距不小于20 m，超前安全距離不低于30m。每探1次允許掘進距離30m。

5 復采工作面探空技術

由于原刀柱工作面煤柱與采空區分布不規則、地質情況較復雜，掘進過程中在大鉆探水基礎上采用風煤鉆對復采工作面采空區逐班探測，進一步掌握遺留煤柱及采空區的情況。

5.1 鉆孔位置、角度的確定

根據水文地質資料，探測的主要對象是原刀柱工作面遺留煤柱、采空區、舊巷道，采用扇形布置，每次布置7個鉆孔。1、2、3號眼距巷道底板1.7 m處水平方向以傾角20°布置，2號鉆孔（中間鉆孔）垂直煤幫，孔間距100 cm，幫鉆孔夾角30°，探測巷道前上方原刀柱工作面遺留煤柱及采礦區分布情況。4、5、6號眼距巷道底板1.0 m處平行于煤層底板布置，5號鉆孔（中間鉆孔）垂直煤幫，孔間距100 cm，幫鉆孔夾角30°，探測原刀柱工作面底板巷道；7號眼（頂眼）探測巷道頂板頂煤厚度。見圖4。

圖4 逐班鉆探眼布置圖

5.2 鉆孔深度的確定

采用邊探空邊掘進的方式進行，根據工作面地質資料、探測設備及技術水平綜合考慮，確定鉆探孔深11 m，7號眼（頂眼）根據巷道頂煤情況實際探測確定鉆孔深度。

6 結束語

莒山煤礦近年來通過棄滯煤炭復采探空探水技術，順利探放出原工作面采空積水，探明了采空區情況，確保了礦井安全生產，回收棄滯煤炭近600萬t，提高了資源回收率，緩解了礦井水平接替緊張。棄滯煤炭復采探空探水技術經實踐是可行的，安全效益和經濟效益均較明顯，具有較強的適用價值，可在類似條件的礦井推廣應用。

[1]李延輝.防治老空水技術途徑[J].山東煤炭科技,2004(5):38.

[2]常青見.灣子河煤礦安全探放老空水[J].中州煤炭,1988(6):32-33.