金鳳煤礦采空區積水充水系數的淺析

張軍穎

摘要：以金鳳煤礦011804工作面采空區為例，根據該采空區積水特征，在011804工作面下區段的011806回風巷建立排水系統，布置鉆場，開展鉆探作業，并對疏放水量進行動態觀測與統計，計算得出了采空區積水充水系數，摸清了采空區積水分布規律，為金鳳煤礦其它工作面采空區積水量計算及積水分布特征分析提供了依據。

Abstract： Taking Jinfeng Coal Mine 011804 working face goaf as an example， according to the characteristics of goaf water， drainage system is built in the 011806 wind alley of 011804 working face section， drilling field is arranged to carry out drilling operations， and dynamic observation and statistics of drainage water are made. The water filling coefficient of goaf is calculated， the distribution law of goaf water is found out to provide the basis for calculation of ponding volume and analysis of water distribution characteristics of other mining face in Jinfeng Coal Mine.

關鍵詞：采空區；積水；疏放；充水系數

Key words： goaf；water；drainage；water filling coefficient

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0086-03

0 引言

神華寧夏煤業集團金鳳煤礦位于寧夏吳忠市鹽池縣境內，始建于2008年7月23日，2011年8月18日投入生產。礦井設計生產能力400萬噸，服務年限57.2年，礦井采用斜井單水平上下山開拓方式，井底標高為+1151，主采煤層共9層。

011804工作面開采后，頂板含水層水及風氧化帶水通過冒落帶和帶水裂縫帶涌入采空區低洼處，在采空區形成積水區。當下區段工作面掘進及回采時，該采空區積水對下區段工作面的安全掘進與回采造成很大威脅。本次通過開展疏放水工程，安全、有效地疏干了采空區積水；通過對采空區充水系數對比計算，掌握了采空區積水特征，為金鳳煤礦安全生產，以及金鳳煤礦和周邊礦區的防治水工作提供了重要的技術依據。

1 工作面概況

011804工作面位于金鳳煤礦一采區十八煤南翼。工作面東為011806工作面，并與011806工作面留設25m安全保護煤柱；南為十八煤風氧化帶，并與十八煤風氧化帶水平留設20m～190m安全保護煤柱；西為十八煤風氧化帶，并與十八煤風氧化帶水平留設20m～90m安全保護煤柱；北至副斜井。該工作面于2014年4月20日從切眼處開始開采，2014年8月15日開采結束，開采長度為893m。

2 工作面工程地質及水文地質條件

2.1 工程地質條件

011804工作面開采的是侏羅紀中統延安組的18#煤層。18#煤在本區段厚度為3.4m～4.2m，平均厚度為3.8m，傾向為90°～115°，傾角為13°～27°，平均傾角為15°。直接頂為細粒砂巖（平均厚1.13m），老頂由粉砂巖和中粒砂巖組成（平均厚15.04m），直接底為粉砂巖（平均厚2.57m），老底為中粒砂巖（平均厚23.28m）。該工作面整體位于一向斜構造的北翼，切眼布置在該向斜構造的軸部位置；沿工作面走向方向南低北高，沿工作面傾向方向東低西高；最高點位于停采線西側，標高為+1320；最低點位于切眼下口，標高為+1200。

2.2 水文地質條件

011804工作面西側受古河床沖刷和后期風化、侵蝕形成了大面積的風氧化侵蝕帶，煤層頂板砂巖含水層通過風氧化侵蝕帶與上覆古近系及第四系松散層孔隙含水層不整合接觸，松散層孔隙含水層可通過接觸帶與18#煤層頂板的砂巖含水層發生水力聯系，從而補給煤層頂板。當工作面開采后頂板垮落，該含水層水將涌入采空區，聚集在采空區低洼處。

011804工作面采空區積水近似呈三棱錐狀，積水面積（平面積）為83943m2，積水區靜水位標高為+1255，水頭差為55m，水壓為0～0.55MPa。

3 疏放水工程

3.1 原則

堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則，采取“防、堵、疏、排、截”的綜合治理措施。[1]

3.2 方法選擇

采取井下鉆探疏水降壓、多臺水泵聯合排水、排水量動態觀測等方式，對采空區積水進行疏放。由于011804工作面采空區積水直接影響著下區段011806工作面的安全掘進與回采，故在011806工作面回風巷掘進期間，邊掘進邊疏放，逐漸疏水降壓；同時根據水量大小建立完善的排水系統進行排水，并使用流速儀對排水量進行動態觀測。

3.3 排水系統建立

3.3.1 礦井排水系統

金鳳煤礦在井底水倉共安裝五臺水泵，兩臺使用，兩臺備用，一臺檢修；排水管路選用三趟？準426×9mm無縫鋼管。排水方式為正常涌水時兩臺水泵聯合運轉，實際排水能力為675m3/h；正常涌水時兩趟排水管工作，一趟備用；突水情況下可五臺水泵運轉，最大排水能力為1687m3/h，三趟管路同時工作。礦井的排水能力滿足本次疏放水量及礦井涌水量排放的要求。

3.3.2 工作面排水系統建立

在011806工作面回風巷疏放水鉆場附近共施工四個臨時水倉，每個臨時水倉有效容積均為30m3。共安裝九臺水泵，其中1#、2#水倉各安裝兩臺BQS60/100-37潛水泵，一臺使用，一臺備用；3#水倉安裝三臺MD85-67*6離心泵，兩臺使用，一臺備用；4#水倉安裝兩臺MD85-67*6離心泵，一臺使用，一臺備用。在011806工作面回風巷共布設三趟排水管路，兩趟為Φ133無縫鋼管，一趟為Φ108無縫鋼管。

采空區積水由011806工作面回風巷抽排至回風斜井，由回風斜井自流至井底水倉，再由井底水倉抽排至地面。

3.4 鉆探工程

3.4.1 設備

使用GMSI-4200/55鉆機1臺、Ф91mm鉆頭1個、Ф73*1.5m鉆桿40根、Ф180m*1.5m止水套管36根、壓力表4個。

3.4.2 鉆孔設計與施工

在011806回風巷共布置5個鉆場9個疏放水鉆孔，鉆孔的布置及具體施工參數詳見圖1和表1。

3.5 疏放水量觀測與統計

在三趟排水管出水口處各安裝一臺流速儀，對疏放水量進行動態觀測與記錄。具體觀測數據及統計結果見表2。

4 充水系數計算

4.1 依據

根據《金鳳煤礦18煤“兩帶”高度探查報告》[2]，011804工作面導水裂縫帶發育高度為52m～55m，為煤層采厚的12.97～13.72倍；垮落帶發育高度為27m～28m，為煤層采厚的6.72～6.92倍。011804工作面采空區積水基本上在“兩帶”范圍之內。

因011804采空區積水區近似呈倒立的三棱錐，三棱錐底面積S取積水區靜水位面積（為83943m2），錐頂取采空區最低點（切眼下口處），三棱錐高H取最大水頭差（為55m）。故采空區充水系數可由疏放水量除以積水區總體積計算得出。

5 結論

①根據以上定量分析計算，金鳳煤礦011804工作面采空區充水系數為0.1，該數值可作為金鳳煤礦其它工作面采空區積水量計算的參考依據。

②+1225水平以下充水系數為0.33，+1125水平以上充水系數為0.07。說明采空區積水區底部充水強度比頂部充水強度大，由下至上充水強度逐漸減小。

③011804工作面采空區積水區近似呈倒立三棱錐，雖然底部充水強度比頂部充水強度大，但單位深度上的積水量頂部比底部多。因此，重點要加強011804采空區積水區頂部積水的疏放。

④1992版《煤礦安全手冊》第五篇礦井防治水[3]中給出的K值取值范圍為0.25～0.5，本文計算得出的K值為0.1。是由于前者未考慮積水深度，僅計算煤層體積空間內的充水系數（即采空區底部采厚范圍內的充水系數），而后者是整個積水體積空間內的平均充水系數，故取值小于前者。

參考文獻：

[1]李士峰，甕立平.煤礦防治水規定釋義[M].徐州：中國礦業大學出版社，2009.

[2]?，|，馬勇，等.金鳳煤礦18煤“兩帶”高度探查報告[R].銀川：寧夏煤炭勘察工程公司，2012.

[3]張景海.煤礦安全手冊[M].北京：煤炭工業出版社，1992.