采空區(qū)探放水綜合技術(shù)淺析

張炳林ZHANG Bing-lin

（山西三元煤業(yè)股份有限公司，長(zhǎng)治 046200）

（Sanyuan Coal Industry，Changzhi 046200，China）

0 引言

采空區(qū)突水具有時(shí)間短、水量大、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以對(duì)煤礦采空區(qū)積水探放是礦井防治水的重要任務(wù)之一。山西三元煤業(yè)股份有限公司是一座年產(chǎn)超過(guò)220萬(wàn)噸以上的礦井，目前井下開(kāi)采的1312 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面位于井田北翼一采區(qū)西部，該工作面相鄰的1310 采空區(qū)存在大量的采空積水，對(duì)工作面的采掘構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

1 工作面概況

1312 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面位于井田北翼一采區(qū)西部邊界附近。該工作面煤層整體趨勢(shì)為南北兩端高，中部低的寬緩向斜構(gòu)造，其軸近向WE 向，局部伴生寬緩的波狀起伏，煤巖層傾角1-4°，煤層沉積穩(wěn)定，煤層平均厚度7.3m，屬全區(qū)可采穩(wěn)定煤層。

2 水患分析

2.1 奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水 3 號(hào)煤層與奧灰?guī)r溶含水層之間相隔140m，其中泥巖及砂質(zhì)泥巖隔水層總厚度在100m 左右，隔水性能良好。而1312 工作面奧灰?guī)r溶水突水系數(shù)在0.016～0.022MPa/m 之間，小于底板受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)值0.06MPa/m，屬底板不易突水礦井。

2.2 3 號(hào)煤層頂板二疊系砂巖裂隙水 根據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范（GB12719-91）》附錄F 中的冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算得：

由于3 號(hào)煤層頂板二疊系砂巖含水層富水性總體為弱～中等，但補(bǔ)給條件較差，以靜儲(chǔ)量為主，易于疏干，因而1312 工作面采掘初期應(yīng)做好預(yù)疏放水的工作。

2.3 大氣降水、地表水和第四系松散層孔隙水 由于相鄰工作面回采后形成了地表塌陷，在1312 工作面對(duì)應(yīng)的地表東側(cè)形成一個(gè)水塘，水塘面積和積水量較大。1312工作面頂板埋深325m～355m，其上覆蓋有厚層狀的二疊系石盒子組泥巖和第四系粘土層，3 號(hào)煤層回采后導(dǎo)水裂縫帶高度最大108m 只達(dá)到上盒子組底部，距第四系松散層底部仍有60～80m，第四系松散粘土層厚160～170m。因此在正常情況下大氣降水、地表水和第四系松散層孔隙水，不可能直接成為礦坑充水水源，對(duì)礦井充水影響不大。

2.4 相鄰采空區(qū)積水影響分析 二疊系山西組和下石盒子組砂巖裂隙含水層富水性弱，補(bǔ)給條件差，回采過(guò)程中主要以頂板滴水、淋水現(xiàn)象，因此相鄰采空區(qū)積水量主要以靜儲(chǔ)量為主，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量補(bǔ)給為輔。

采空區(qū)積水量的估算：據(jù)《3#煤層采掘工程進(jìn)度平面圖》、《3#煤層底板等高線圖》及回采期間實(shí)際情況分析，預(yù)計(jì)1310 采空區(qū)積水區(qū)域共三處，采空區(qū)積水量采用老空積水量估算公式（《煤礦防治水手冊(cè)》），估算公式如下：

①1# 積水區(qū)積水標(biāo)高+564.1m（排水點(diǎn)頂板標(biāo)高+566.1m，排水池最高水位時(shí)離頂板2.0m），積水面積約6200m2；②2# 積水區(qū)積水標(biāo)高+581m，積水面積188000m2；3#積水區(qū)因與2#積水區(qū)中間有放水孔，實(shí)為一體，故標(biāo)高相同，積水面積約123000m2。

式中Q——采空區(qū)積水量；K——采空區(qū)的充水系數(shù)，取值0.25；（1#積水區(qū)因原來(lái)巷道所占空間較大，預(yù)計(jì)積水較充分，充水系數(shù)取0.35）；M——采空區(qū)的積水標(biāo)高（m），1#積水區(qū)積水標(biāo)高范圍+559.1～+564.1m；2#、3#積水區(qū)積水標(biāo)高范圍+558～+581m；均在導(dǎo)水裂隙帶范圍內(nèi)，即可能全部充水；整體按三棱柱估算體積，水位取值一半即11.5m；F——采空積水區(qū)的水平投影面積（m2），龍軟自動(dòng)計(jì)算值；α——煤層傾角（°），取值煤層總體傾角1.5°。

則最大積水量計(jì)算分別為：

經(jīng)計(jì)算：1310 采空區(qū)總積水量890000m3。

3 物探勘察

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，對(duì)可疑水害地點(diǎn)采用一種以上勘探方法的規(guī)定。該礦采用地面三維地震和井中瞬變電磁兩種方法進(jìn)行了勘察，勘察地點(diǎn)設(shè)在1312 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面對(duì)1310 采空區(qū)進(jìn)行瞬變電磁物探法進(jìn)行超前物探，物探采用3 個(gè)方位，11 個(gè)點(diǎn)位，對(duì)工作面頂、幫、底進(jìn)行綜合探測(cè)。勘測(cè)結(jié)果顯示，1310 采空區(qū)內(nèi)高阻異常區(qū)范圍較大，初步判定采空區(qū)內(nèi)部存在大量積水。

4 化探驗(yàn)證

對(duì)1310 采空區(qū)進(jìn)行取水化驗(yàn)。經(jīng)化驗(yàn)結(jié)果確定，1310采空區(qū)內(nèi)為采空積水。化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1

5 井下防治水工作

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》附錄三“防隔水煤（巖）柱的尺寸要求”明確規(guī)定，采用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算采空區(qū)放水煤（巖）柱寬度：

式中：L-煤柱留設(shè)的寬度，（m）；K-安全系數(shù)，一般取2～5；M-煤層厚度或者采高，（m）；P-水頭壓力，（MPa）；Kp-煤的抗拉強(qiáng)度，（MPa）。計(jì)算結(jié)果：

K 為安全系數(shù)，取3.5，M 為煤層厚度，取7.3，P 為水頭壓力，取0.2MPa，KP為煤的抗拉強(qiáng)度，取0.6MPa。計(jì)算的防隔水煤柱不小于12.78m。

6 結(jié)論

在掘進(jìn)期間采用“先探后放、探放結(jié)合”的先進(jìn)技術(shù)，尤其是對(duì)積水量大的采空區(qū)積水超前探放，突出了在煤礦安全操作中的超前性和重要性。在完善的排水系統(tǒng)配備下，以放為主的傳統(tǒng)性放水做法，起到了有的放矢的效果，減少了許多盲目性探鉆工序和工作量，尤其是對(duì)采空區(qū)近探近放具有很大的應(yīng)用空間，值得煤礦系統(tǒng)在礦井防治水工作中借鑒和推廣。

[1]張正浩.煤礦水害防治技術(shù).2010 ISBN978-7-5020-3651-5.

[2]國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定釋義.2009.12 ISBN 978-5646-0549-0.

[3]息金波，喬尚峰.探放水技術(shù)在掘進(jìn)工作面的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2014（11）.