孤島工作面探放老空水技術應用

張家峰　汪　佩

(1.河南能源集團永煤公司車集煤礦；2.河南能源集團永煤公司城郊煤礦)

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孤島工作面探放老空水技術應用

張家峰1汪佩2

(1.河南能源集團永煤公司車集煤礦；2.河南能源集團永煤公司城郊煤礦)

摘要在孤島工作面掘進過程中解決周邊老空水的探放問題，一直是煤礦防治水工作的難題。結合車集煤礦2612孤島工作面特點，采用階段循環和集中疏放水方式對老空水進行了探放，為疏放采空區積水提出了新方法、新思路，提高了煤礦老空水的防治水平，消除了老空區積水的威脅，為老空區水害防治工作提供了實踐依據。

關鍵詞孤島工作面探放水水害防治

河南能源集團永煤公司車集煤礦于1999年12月29日投產，礦井設計生產能力1.8 Mt/a，2009年核定生產能力為2.8 Mt/a，屬全隱蔽煤田。采用立井單水平上、下山開拓方式，走向長壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板。主采山西組二2煤層，屬Ⅲ類不易自燃煤層，水文地質條件中等。

在孤島工作面掘進過程中,其周邊老空水始終是煤礦防治水工作方面的難題，而探放水效果關系到礦井正常的采掘接替以及掘進和回采期間的施工安全，不容忽視。

1工作面概況

車集煤礦2612工作面位于2610、2614工作面之間，2610和2614工作面分別于2013年5月、2014年6月回采結束，為一典型的孤島工作面。積水區位于2614采空區內，積水面積210 230 m2，積水量157 673 m3，積水標高-798.3 m，水壓0.323 MPa，老空動水量約45 m3/h，自2614上巷流出。為保障2612工作面下巷掘進期間施工安全，按照《煤礦防治水規定》的相關要求，需對2614老空水進行超前探放，預計疏放2614采空區積水量 91 062 m3。

2探放水設計方案

(1)探放水前期準備工作。查明2614采空區地質構造、煤層產狀、頂底板巖性以及工作面回采情況，相鄰采空區之間的水力聯系，采空區與地表水體、斷層構造帶的水力聯系程度等，確定積水區空間位置、積水區外緣標高、積水線、探水線、警戒線[1]，編制探放采空區積水設計，計算采空區積水面積、積水量。

(2)探放水設計方案選擇。2612下巷外段整體緩下山掘進，里段為緩上山掘進，結合2614工作面老空積水特點和2612下巷掘進要求，選擇分階段循環和集中疏放水相結合的方式，對2614工作面老空水進行疏放。

(3)探放水設備。選擇ZDY3200S型煤礦用全液壓坑道鉆機1臺，2ZBQ-3/21型風動注漿泵1臺，3臺37 kW的排沙泵，1臺備用。

3分階段循環放水

在沿空掘進期間，根據巷道坡度，待巷道掘進至探水線時采用疏放→掘進→再疏放→再掘進的方式，保證水位不高于原巷道底板1.5 m以上，實現老空水的有效疏放。

本次分階段循環放水累計設置放水點6個，施工放水孔19個。放水鉆孔從探水線開始向前方呈半扇形成組布設，各開孔位置均位于巷道下幫，與煤柱側巷幫垂直或斜交，下設孔口管4 m，鉆孔孔深均以探透老空區為準。當透孔后水量無增加，可視為探放水結束，經評價后方可繼續向前掘進施工下一階段放水孔[3]。

4集中疏放水

在2614放水巷最低點設置放水鉆場，向積水區布置鉆孔，鉆孔呈梯次扇形成組布設，鉆孔終孔位置以滿足平距3 m為準，厚煤層內各孔終孔的垂距不得超過1.5 m[1]，力爭鉆孔一次打到積水目標區。

4.1放水鉆孔方位及開孔位置選擇

嚴格按照疏放水鉆孔設計參數，采用全站儀放線，現場標定方位線及開孔位置，以保證探放水的準確性。集中放水鉆孔設計參數見表1，鉆孔平面布置見圖1。

表1　鉆孔設計參數

注：先施工探1#、2#、3#，再施工探4#、5#、6#；待動水穩定后施工驗1#、2#； 鉆孔孔長以施工至老空區為準。

4.2鉆孔施工技術

鉆孔施工流程：鉆φ133 mm→下φ108 mm孔口管并加固，且進行耐壓試驗，耐壓值不超過2 MPa→φ89 mm鉆頭掃孔排渣。

(1)鉆孔。使用φ133 mm鉆頭開孔，若塌孔，使用“取芯下管”法開孔下管，即把孔口管的短接從中間鋸開，制成鋸齒狀，連接到孔口管上。在孔口管的末端安裝一個變頭，使孔口管與鉆桿連接，經鉆機鉆進，孔口管直接進入煤壁中，連接孔口管達到設計深度后，直接注漿固管。使用φ89 mm鉆頭掃孔，排除孔口管內煤渣，掃孔深度不得超過孔口管長度。

圖1　集中放水鉆孔平面布置

(2)孔口管埋設和試壓。固管完成后，將壓力水管與套管連接牢固，向套管內連續壓清水，將套管與孔壁之間的殘留巖粉沖出，打通返漿通道。采用P.O 42.5#水泥(水灰體積比1:1)，待加固孔口管的水泥漿凝固后(12 h)，掃孔鉆進超過下設孔口管長度0.5 m，使用風動注漿泵進行耐壓試驗，將注漿泵通過注漿管與鉆孔連接，向孔口管內注入清水，壓力達到2 MPa，且孔壁不漏水，方可安裝高壓閘閥和防噴裝置，并采用三棱鉆桿鉆至采空區。

4.3老空積水水位動態監測

水位、水量觀測數據統計是評價放水效果的重要依據，是分析判斷采空區積水的一項重要指標。

選擇在放水硐室設置水位監測裝置，利用“U”形連通器原理，測量老空區積水水位標高，同時配備小量程水壓表，正常放水情況下8 h由專人負責觀測兩次，動態監測老空區積水水位變化情況，并做好詳細記錄[2]。根據水位觀測，水量減小或水位升高時要及時透孔。

5探放水效果評價

2614老空區累計放水達53 d，總放水量約12.6萬m3，老空水位自-801.6m降至-819.0 m，放水完成后放水孔流出的動水約45 m3/h，因2614采空區下部低洼，剩余積水不能有效疏放。經施工驗證孔及水位觀測裝置驗證，2614采空區下部為冒落及底板鼓起帶，造成下部弱含水層或無水，故2612下巷掘進期間已不受水害威脅，允許掘進。

6結論

(1)結合車集煤礦2612孤島工作面特點，采用階段循環和集中疏放水方式對老空水進行了探放，為疏放采空區積水提供了新方法、新思路，提高了煤礦疏放老空水的防治水平，消除了老空區積水的威脅。

(2)在疏放水過程中，采用小量程水壓表及水位觀測裝置，動態掌握積水水位變化情況，有利于驗證施工設計參數，可在老空水疏放工程中推廣應用。

(3)固管試壓成功之后，鉆進中用三棱鉆桿代替圓鉆桿施工，解決了鉆進過程中的塌孔問題，有效提高了施工進度和放水效果。

參考文獻

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

[2]武強，趙蘇啟，董書寧，等．煤礦防治水手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2013.

[3]楊宗坡.平頂山礦區沿空掘進探放水工藝優化及應用[C]∥第七次全國煤炭科學技術大會論文集(下冊).北京：中國煤炭工業協會，2011：10-11.

(收稿日期2015-09-03)

張家峰(1979—)，男，助理工程師，476600 河南省永城市。