沿空掘巷工作面防治老空水實踐

郝先虎，奚向成，劉煜偉

（1.河南理工大學資源環境學院，河南焦作 454003；2.河南能源化工集團鶴煤五環分公司，河南鶴壁 458000）

沿空掘巷工作面防治老空水實踐

郝先虎1，2，奚向成2，劉煜偉2

（1.河南理工大學資源環境學院，河南焦作 454003；2.河南能源化工集團鶴煤五環分公司，河南鶴壁 458000）

鶴煤五環分公司3303上順槽在3301采空區下施工，受采空區積水威脅。防治水人員通過精準預測，順利疏放老空積水11 791.5 m3，為3303上順槽掘進及將來3303工作面回采夯實安全基礎。本次防治老空水技術上全面，安全上可靠，經濟上合理，為鶴煤五環分公司防治老空水開辟了一條新的途徑。

老空水；沿空掘巷；探放水；效益

1 概況

1.1 礦井概況

鶴煤（集團）公司五環分公司位于鶴壁礦區中部，開拓方式為立井、暗斜井、多水平主下山開拓。現開采煤層為石炭二疊系山西組二1煤，煤厚平均8 m，煤層傾角平均20°，經過50余年的開采，生產地區已轉至三水平延深采區。

1.2 3303上順槽概況

3303 上順槽位于五礦33采區，在3301采空區下部，沿二1煤底板掘進，與3301采空區之間只有2 m厚的煤柱相隔（原3301工作面下順槽沿二1煤頂板布置）。巷道設計總長度506.6 m，巷道凈斷面4 482 mm×3 000 mm，采用U29型鋼支護，棚上鋪塑帶編制網配背木背幫頂。

1.3 3301老空積水區概況

3301 老空區中間被IIF01斷層和ⅢF96斷層抬高，而兩端較低，積水區劃分為外段和里段，見圖1。外段積水區水平投影面積為4 534 m2，預計積水量5 547 m3；里段積水區水平投影面積為6 300 m2，預計積水量7 709 m3。3301老空積水的補給水源為二1煤頂板砂巖水和ⅢF96斷層水，二1煤頂板砂巖水正常涌水量5 m3/h，ⅢF96斷層水為10 m3/h；治理前，3301采空區的正常補給水量為15 m3/h，最大為30 m3/h。

圖1 工作面布置及積水區示意圖

2 提前治理老空水，減少補給水量和老空積水量

1）在原3301上順槽埋管引水，減少對老空區的補給水量。ⅢF96斷層出水點位于3301上順槽上幫。3301工作面結束前，實測ⅢF96斷層水正常涌水量為10 m3/h，防治水人員埋設了1趟95 m長150 mm鋼管將ⅢF96斷層水引出3107橫川密閉墻外，至今引出水量穩定在10 m3/h。采取引水措施后，3301老空水的正常補給水量由15 m3/h降為5 m3/h，最大補給水量由30 m3/h降低為10 m3/h，為后期治理創造了條件。

2）在3301下順槽密閉上安設防漏風放水器，防止3301采空區大量積水。該裝置工作原理為：a.密閉墻內無水時，放水器上口的活動壓蓋及皮墊處于關閉狀態，實現不放水狀態的防漏風功能。b.密閉內的水位升高超過放水器出水口，放水器內無負壓后，水通過壓力作用，從放水器出水口流出，放水器彎頭向上部分的水柱起到水密封的作用，（水柱300 mm高，壓強比礦井風壓2 500 Pa大），實現放水狀態的防漏風功能。c.如果補給水量變小，水位下降，放水器內形成負壓，放水器上的活動壓蓋及皮墊下落，堵住放水器外口，放水器處于關閉狀態，又實現不放水狀態的防漏風功能。密閉墻防漏風放水器組裝，見圖2。

圖2 密閉墻防漏風放水器組裝圖

3 劃定“三線”，精確預計老空積水量

根據3301實測剖面圖以及下順槽密閉墻上泄水孔的標高，確定積水外緣標高，劃出積水線，積水線確定后，外推30 m為探水線，探水線外推60 m為探水警戒線，并繪制在礦井采掘工程平面圖和礦井充水性圖上，作為設計探放水工程設計和施工的依據。

3301工作面外段老空水積水量Qw：

式中：F為采空區積水區的水平投影面積，實測4 534 m2；K為采空區或巷道的充水系數，取0.3；α為煤層傾角，取17°；h為按301工作面實際回采情況，靠近下順槽位置平均采高，取3.9 m。經計算，Qw≈5 547 m3；使用同樣方法計算出里段老空水積水量，QL≈7 709 m3。

4 探放水技術方案

4.1 鉆場布置及鉆孔設計

因3301積水區下部無合適的巖巷，于是在3303上順槽煤巷中設計了15個鉆場由外向內實施探放老空水工程，鉆場間距為40 m；按《煤礦防治水規定》[1]，鉆孔超前距設計為30 m，并根據積水形態，上幫距設計為20 m，下幫距設計為10 m，每個鉆場均采用扇形布孔，見圖3。所有鉆孔均采用單孔設計，有具體的標高、深度、方位、傾角等要素，鉆孔直徑為75 mm，采用ZBY-750型煤礦用全液壓鉆機配75 mm鉆頭、50 mm鉆桿進行鉆探。

圖3 探放水鉆孔平面布置示意圖

4.2 地測人員現場跟班，監控探放水全過程

鉆孔施工前，地測人員現場按設計標定鉆孔方位和傾角，并跟班觀測，記錄放水量、水壓，監測放水全過程，及時處理放水過程出現的問題。

根據礦體圍巖及鐵礦中的硫同位素δ34S值均介于-9.7～+2.2之間[11]，具未分異的隕石流的特點，說明這些物質都來看自地幔。

4.3 控制放水速度，實現放水效率最大化

1）通過控制鉆孔直徑和數量來控制放水量。控制單孔放水量q，根據公式

控制最大放水量，要求探放水施工必須逐孔進行，最大放水量控制為40 m3/h；作業現場所有鉆孔總放水量下降到10 m3/h以下，使用鉆機配鉆具捅孔處理水量無明顯增加，方準進行下一個放水孔的施工。

2）使用孔口控水裝置控制放水量。為了保證探放水安全，加快放水速度，提高探放水效率，應盡可能使鉆孔總水量達到水泵的有效排量；但如此做將帶來另一個問題，如果放水量大于水泵排水量，將會造成水淹巷道[2]。針對上述情況，地測人員除了使用抗壓型的孔口控水裝置（10.5 m×100 mm，注水泥漿加固），還設計了一種快捷式的孔口控水裝置（3 m×100 mm，聚氨酯固定），該裝置使用方便，安裝速度快（僅需20 min即可完成安裝并投入使用），在水壓較小（一般小于0.03 MPa的）情況下控制水量，能達到提高放水效率目的。

4.4 認真施工驗證孔，掌握探放水結束標準

每個鉆場放水孔施工結束后，經鉆機配鉆具捅孔處理后水量仍小于10 m3/h，應在原出水鉆孔下方0.3±0.1 m位置，按出水孔的相同方位、傾角（或原傾角減少1°）施工至少1個驗證鉆孔，孔徑75 mm，孔深至少比探水鉆孔多1 m。因為3301老空積水有動水補給，補給水量經前期治理小于10 m3/h。結束探放水工作必須同時滿足如下要求：鉆孔無明顯水壓，單孔涌水量均小于2 m3/h，總涌水量小于10 m3/h，驗證孔施工后總水量無明顯增加。

4.5 嚴格控制準掘距離

探放水結束后，地測副總帶領生產、安全、地測、機電等專業下井到現場對探水效果進行階段性評價，評價無水害威脅后提交給總工；總工審核確定無水害威脅，地測科下達準掘通知書，寫明準許掘進距離，施工單位方可掘進。在施工過程中，地測科和安檢科派人監督檢查，嚴禁超掘。

4.6 優化排水、供電系統

探放水期間，本著安全、適用、經濟的原則布置排水系統。

1）優化排水系統組合方式。為降低排水系統的故障率，3303上順槽的兩組水泵采用并聯方式，而非串聯接力排水。所有水泵均可直排至延深軌道一車場[3-5]。

2）優化排水管路。按放水量控制在40 m3/h，排水管路的排水能力取Qp=48 m3/h。100 mm排水管路在經濟流速（取1.8 m/s）時，過水能力可達到50.9 m3/h，因此選用一趟558 m×100 mm鋼管作為排水管路，連接到3301中巷原有的155 m×150 mm排水管路上，可從迎頭泵窩直排至三水平延深軌道水溝。

3）精確計算水泵型號。根據公式：

式中：P為水泵動率，kW；ρ為水的密度，取1 000 kg/m3；g為重力加速度，取9.81 N/kg；Q為水泵設計流量，100mm管在經濟流速1.8 m/s時，流量0.014 139 m3/s，該值定為水泵設計流量；h為靜揚程，出水口與水泵吸水口的高度差，取5 m；hf1長為558 m×100 mm排水管的沿程水頭損失，查表并計算取38.7 m；hf2為長155 m×150 mm排水管的沿程水頭損失，查表并計算取6.3 m；∑hj為局部水頭損失，共6個直角彎頭，查表并計算取6 m；n1為水泵效率，由于使用的多為翻新泵，效率偏低，取50%；n2為電機效率，一般取80%。

經計算，P=19.4 kW，根據計算的水泵功率，選用BQZ—22 kW潛水泵，該泵的設計流量為30 m3/h，設計揚程為100 m；在56 m（統計h+hf1+hf2+∑hj）的揚程下使用，實際流量可達到50 m3/h。在探放水作業地點，潛水泵至少有2臺，1臺使用，1臺備用，總排水能力不小于60 m3/h。

4）完善雙回路供電系統。探放水期間，水泵分為2組，每組水泵的電源取自獨立的母線端。采用雙回路供電的優點是假如其中一組水泵的電源有故障時，另一組水泵可正常排水。

5 效果及效益評價

1）防治水效果。共施工15個鉆場111個鉆孔，總進尺3 957.7 m；累計放出積水11 791.5 m3。經評價，掘進頭前上方的老空積水全部疏放完畢，為3303上順槽安全掘進及將來的3303工作面安全回采奠定堅實基礎。治理老空水達到了預期目的。

2）安全經濟社會效益。成功疏放出老空積水11 791.5 m3，及時消除了3301老空水突水威脅；進一步探明了3303上順槽煤層的賦存狀態、地質條件和水文地質條件；增加了礦井防治水達標煤量47.8萬t，保證五環分公司回采工作面的正常接替；通過成功治理老空積水，為今后在我礦防治老空水工作積累了豐富經驗，也為類似條件的礦井防治老空水工作提供了借鑒。

[1]國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全生產監察局.煤礦防治水規定[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

[2]張正浩.煤礦水害防治技術[M].北京：煤炭工業出版社，2010.

[3]馮之前，唐振偉.復雜水文地質條件老空水探放實踐[J].中州煤炭，2014（5）：69-71.

[4]武瑞英.半煤巖沿空掘巷消除老空水影響的技術研究[J].河北煤炭，2011（3）：33-34.

[5]鄧英華.礦井排水系統優化設計[J].煤炭與化工，2014（9）：77-79.

Practice of Goaf Water Control in Roadways Driving along Goaf

HAO Xianhu1,2,XI Xiangcheng2,LIU Yuwei2
(1.Institute of Resources and Environment,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China;
(2.Wuhuan Branch of Hebi Coal Co.,Ltd.,Henan Energy and Chemical Industry Group,Hebi 458000, China)

Due to construction under No.3301 goaf,the upper gateway of No.3303 coal seam was threatened by goaf water in Wuhuan Branch of Hebi Coal Co.,Ltd.By precise prediction,water control staffs smoothly drained goaf water of 11 791.5 m3in volume,which laid solid foundation for the gateway driving and caving of the No.3303 coal seam.The technology was comprehensive,reliable,and economical,which developed a new way for the goaf water control.

goaf water;roadways driving along goaf;water exploration;benefits

TD745

A

1672-5050（2015）03-0038-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.014

（編輯：樊敏）

2015-02-26

郝先虎（1979-），男，河南鄧州人，碩士，工程師，從事煤礦防治水和開拓技術管理工作。