15102工作面采空積水優化設計及安全管理措施研究

馮亮亮

（山西煤炭運銷集團盛泰煤業有限公司，山西 高平 048403）

1 工程概況

盛泰煤礦15102工作面位于中央采區東南15101首采面北部，15102工作面順槽后650m工作面長度為112m，順槽前460m工作面長度為200m，走向長度1120m。15102回風順槽施工至310～460m范圍內，頂板有少量K2灰巖巖溶淋水，涌水量觀測為5m3/h，工作面后方巷道水量逐漸減少，310～460m區間水量一直為5m3/h。

2 礦井充水水源分析

15102回風順槽340～1120m上方的老窯是建寧北社煤礦，建寧北社煤礦開采3號煤層，生產能力5萬t/a，2005年12月關閉。井田北部和西部大部分地區均已形成采空區，南東部也都被老空區所覆蓋。山西省煤炭地質物探測繪院采用鉆探法進行探測，并提供了首采區鉆探報告：15102工作面存在兩處異常區域，其中15102回風順槽開口至440m范圍內為高阻異常區域，經分析不排除有積水的可能；15101工作面已對上覆采空及灰巖水進行疏放，疏放后布置鉆孔進行驗證；15102工作面903m處存有低阻異常區域，預計積水面積6396m2，積水區在15102工作面903m位置正上方。

3 積水區的安全性論證

15102工作面煤層厚度為4.14m，頂板為石灰巖、硅質石英巖、礫巖、砂質頁巖，全部跨落方式管理頂板，根據冒落帶與導水裂隙帶最大高度的經驗公式為：

式中：

He-冒落帶最大高度，該礦最大冒落帶高度為26.95m；

Hf-導水裂縫帶高度，m；

M-煤層累計采厚m，取4.14～5.0m。

經過計算導水裂縫帶高度為103.8～119.78m。

根據冒落帶與導水裂隙帶最大高度的經驗公式，頂板為砂質頁巖、泥質砂巖、頁巖，采用全部跨落方式管理頂板時其公式為：

式中：

He-冒落帶最大高度，最大冒落帶高度為21.56m；

Hf-導水裂縫帶高度，m；

M-煤層累計采厚m，取4.14～5.0m；

導水裂縫帶高度為63.83～81.02m。

開采煤層時底板產生一定深度的采動破壞帶，據經驗數據，一般為10～15m，開采15號煤層時最大導水裂縫帶理論高度為：

119.78+15=134.78m，81.02+15=96.02m

積水區距15102工作面垂直距離平均為109.89m，積水區灰巖、石英砂巖、頁巖和砂質頁巖、泥質砂巖、頁巖互層，同時結合已采15101工作面回采時地面產生了較大裂隙的情況，產生的裂隙帶高度可達150m以上，必須對積水區采取探放水措施。

4 探放水優化設計

4.1 超前物探技術

井下超前探測選用YD（A）型防爆數字直流電法儀。設計勘探距離一般在80m內，循環探測的相鄰兩次探測重疊20m。工作面超前探測A1、A2、A3極距4m，MN極距4m，A3距迎頭前3m（圖1）。

圖1 井下超前探測施工圖

4.2 探放水鉆孔優化設計布置

按照扇形布置鉆孔3個進行打鉆，鉆探鉆進距離為100m，允許掘進距離70m，比物探探測的允許安全掘進80m的距離少10m，鉆孔具體布置如圖2、圖3所示。鉆孔傾角均為0.6°，預計深度均為100m，其方位角為：T1-1，67.7°；T1-2，79.7°；T1-3，91.7°。

圖2 優化設計方案示意圖

圖3 優化后鉆孔開孔示意圖

5 優化前、后對比與分析

相對于原探放水設計，優化后的設計鉆孔數目大大減少，相應的施工工期也進一步縮短，費用也大幅度下降，而且探放水具有針對性，安全性也提高，具體如表1所列。的可行性，能夠達到探放空區水的目的。

表1 原設計與優化設計對比表

6 探放水管理措施

探放水施工前，由探水隊對15102運輸、回風順槽的排水管進行檢修、維護，杜絕排水期間“跑、冒、滴、漏”現象的發生，放水期間閘閥處于完好狀態，防止放水時高壓水流逆流到井下其他地點，如其他地點急需排水時，15102運輸、回風順槽放水地點關閉孔口閘閥暫停放水。卸接鉆桿及加水龍頭時，嚴禁開鉆。必須采用立軸卡瓦和逆止閥交替控制鉆桿，防止鉆桿脫落傷人，操作人員應站在鉆架兩側，不準直對鉆桿站立。

7 探放水災害處理措施

當打鉆過程中出現頂鉆、吸鉆、鉆孔水量突然增大、鉆孔出水等異常現象，應立即停止作業，查明原因再施工，同時采取以下措施：停止鉆探，已打鉆桿不要拔出；涌水量大，情況危急時要發出警報，立即通知受水害威脅地點的所有人員，撤至安全地點，同時利用通訊設備向調度室匯報水情以及可能影響的范圍；撤出的人員要按照探放水工程避災路線或礦井救災計劃規定的線路，撤退到安全地點；根據礦井水害影響程度，如影響通風系統時要及時調整井下通風系統，避免風流短路或紊流，造成有害氣體超限。

8 結語

盛泰煤礦為資源整合，15102回采工作面上覆煤層東部為建寧北社煤礦，在15102回采工作面上方已形成大面積采空區，但由于過去小煤窯缺乏技術管理，地質資料及圖紙欠缺，給防治水工作帶來一定的難度，增加了鉆探數量。鉆探過程中對孔內出水的水量和鉆孔完成后對水壓的觀測不及時，以及鉆孔出水后對水的控制和解決缺乏經驗。在今后的工作中應進一步理論聯系實際，在實踐中進步，提高工作質量。