12001運(yùn)輸巷采空區(qū)低洼處疏放水鉆孔設(shè)計(jì)

張 鶴

（山西汾西宜興煤業(yè)，山西 孝義 032300）

1 引言

隨著礦井開采水平的延伸和開采強(qiáng)度的日益增加，深部煤炭資源開采已經(jīng)勢在必行，采礦活動(dòng)面臨著“四高一擾動(dòng)”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，往往導(dǎo)致冒頂、突水、軟巖大變形、煤與瓦斯突出等一系列工程問題的發(fā)生。其中，采空區(qū)充、積水是煤炭生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的問題之一，如若不及時(shí)處理或處理不當(dāng)，可能會(huì)誘發(fā)不必要的生產(chǎn)事故。

2 工程概況

2.1 礦井充水補(bǔ)給水源特點(diǎn)

宜興井田范圍內(nèi)的主采煤層為+650 m水平2#煤層。根據(jù)鉆孔地質(zhì)勘探資料顯示，宜興井田水文地質(zhì)條件較為簡單，主采煤層平均埋深300 m，降雨對(duì)礦井涌水影響不明顯；基巖上覆松散表土層較薄，且煤層較薄，采動(dòng)影響較小，松散含水層通過裂隙導(dǎo)入煤層中可能性不大；此外，其他類型地下水采取一定技術(shù)措施后，對(duì)采掘活動(dòng)無影響。礦井直接充水水源主要為煤層頂板砂巖裂隙水，間接充水水源為太灰水，二者與主采煤層的賦存特征如下所述。

（1）砂巖裂隙含水層組

根據(jù)資料分析，K8砂巖至2#煤頂板砂巖含水層為2#煤層的直接充水含水層。根據(jù)礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及采掘情況，2#煤層頂板砂巖裂隙含水層除了在部分向斜軸部和裂隙發(fā)育密集帶富水相對(duì)較大外，整體富水性較弱，采掘過程中采取一般的防治水技術(shù)措施后對(duì)煤層開采不會(huì)造成影響。

（2）太原組薄層灰?guī)r裂隙含水層組

太原組薄層灰?guī)r水主要為K2、K3、K4含水層。根據(jù)資料分析，K3、K4灰?guī)r水富水性較弱，K2灰?guī)r水富水性中等，相對(duì)較強(qiáng)，水位標(biāo)高+557.59～+559.57 m，而2#煤底板標(biāo)高在+540～+740 m，有部分區(qū)段帶壓。2#煤層距K2灰?guī)r約85 m，突水系數(shù)最大約為0.002 MPa/m，因此，太灰水對(duì)2#煤開采影響不大。

2.2 礦井充水狀況

根據(jù)現(xiàn)場了解，由于宜興煤礦前身為孝義市鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦，技術(shù)管理薄弱，缺乏系統(tǒng)的礦井水文觀測記錄，且瓦斯爆炸事故發(fā)生后人員變動(dòng)，資料散失，無以往礦井歷年涌水資料。根據(jù)礦井采掘情況，目前礦井涌水量約10m3/d，主要為井筒基巖面淋水，煤層頂板淋水很少。根據(jù)預(yù)測礦井正常涌水量為15m3/h，最大涌水量為30m3/h。礦井直接充水水源為煤層頂板砂巖裂隙水，間接充水水源為太灰水。礦井以往未發(fā)生過突水事故。目前，井下無明顯出水點(diǎn)。

由此可知12001運(yùn)輸巷（專項(xiàng)）采空區(qū)低洼處存在富水區(qū)域，必須采取疏放水鉆孔設(shè)計(jì)。

3 宜興礦充水特征分析

3.1 充水途徑及原因

（1）頂板采動(dòng)裂隙導(dǎo)水

煤層采掘過程中，頂板受到擾動(dòng)破壞，采動(dòng)裂隙一般發(fā)育高度延伸向上幾十米，頂板冒裂帶將揭露煤層頂板砂巖裂隙含水層，從而出現(xiàn)淋水或涌水等，在一些水量相對(duì)集中區(qū)段甚至影響礦井安全生產(chǎn)。

（2）封閉不良鉆孔導(dǎo)水

在宜興井田，由于前期勘探鉆孔時(shí)間比較久遠(yuǎn)，并且許多鉆孔封孔質(zhì)量不詳。因此，如果鉆孔封閉不良，鉆孔都可能會(huì)成為各個(gè)含水層的水力聯(lián)系通道，采動(dòng)過程中一旦被揭露，將會(huì)造成突水事故。在今后的開采過程中要引起高度重視，做好日常鉆孔臺(tái)帳工作，做到心中有數(shù)，避免封閉不良鉆孔引發(fā)突水。

（3）斷層導(dǎo)水

斷層導(dǎo)水、突水也是礦井防治水的一個(gè)重點(diǎn)。從礦井揭露情況看，宜興井田構(gòu)造不十分發(fā)育，采掘過程中有小斷層揭露，由于斷層的存在，地層變得破碎或富水，并使主采煤層與各主要充水含水層距離縮短甚至對(duì)接，造成斷層破碎帶有可能成為各含水層的導(dǎo)水通道，引發(fā)突水。因此，對(duì)斷層突水必須引起高度重視，加強(qiáng)采掘區(qū)域的構(gòu)造探查工作。

（4）陷落柱導(dǎo)水

區(qū)內(nèi)勘探階段鉆孔未發(fā)現(xiàn)有陷落柱，而在2#、9#煤層有限范圍揭露6個(gè)陷落柱，說明宜興井田陷落柱相對(duì)發(fā)育。陷落柱是溝通各主要含水層的重要通道，也是煤層回采過程中引發(fā)水害的重大隱患，雖然在以前很少出現(xiàn)陷落柱突水事故，但是，導(dǎo)水陷落柱一旦被揭露，就有可能引發(fā)大的水患。因此，對(duì)陷落柱突水仍必須引起足夠的重視。

（5）褶曲構(gòu)造裂隙導(dǎo)水

在宜興井田分布有X4白衣廟東向斜、X5趙家溝向斜和B4孟南莊背斜。在這些褶曲的軸部一般裂隙比較發(fā)育，且相對(duì)富水，當(dāng)采掘過程中通過這些部位時(shí)煤層頂板砂巖裂隙相對(duì)富水且水量集中，有可能引發(fā)構(gòu)造裂隙突水事故。因此，在礦井防水工作中也應(yīng)引起重視。

3.2 充水強(qiáng)度

根據(jù)礦井水文地質(zhì)資料綜合分析，影響2#煤層開采的主要為煤層頂板砂巖裂隙水，而該含水層整體富水性較弱，采取一般的防治水技術(shù)措施后不會(huì)對(duì)礦井生產(chǎn)造成影響。太灰薄層灰?guī)r水為2#煤層的間接充水水源，在帶壓區(qū)有可能出現(xiàn)構(gòu)造突水，但由于該含水層富水性相對(duì)較弱，煤層帶壓較小，正常情況下不會(huì)對(duì)礦井造成威脅，但在帶壓區(qū)要加強(qiáng)構(gòu)造的探查工作，確保礦井安全生產(chǎn)。煤層開采不受奧灰水影響。因此，從煤層充水水源來看，充水水源強(qiáng)度均較弱，對(duì)煤層開采不會(huì)造成威脅。

從礦井的涌水情況來看，目前礦井正常涌水約為10 m3/d，涌水主要為煤層頂板砂巖水和井筒基巖交界面淋水。根據(jù)預(yù)測礦井正常涌水量為15 m3/h，最大涌水量為30 m3/h。根據(jù)礦井排水系統(tǒng)情況分析，礦井排水能力能夠滿足相關(guān)規(guī)程排水要求。

4 疏放水鉆孔設(shè)計(jì)

12001運(yùn)輸巷上部為1201采空區(qū)，采空區(qū)低洼處存在積水，目前還將會(huì)遇到兩處，采空區(qū)低洼處預(yù)計(jì)積水量分別為：1828m3，1096m3，為及時(shí)把采空區(qū)低洼處積水疏放完，防止出現(xiàn)突水事故的發(fā)生，特編制12001運(yùn)輸巷（專項(xiàng)）采空區(qū)低洼處疏放水鉆孔設(shè)計(jì)。

4.1 鉆探目的

鉆探的目的是對(duì)采空區(qū)積水及時(shí)疏放。

4.2 單孔設(shè)計(jì)

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》中第98條規(guī)定，由于2#、3#煤層間距為7 m，按小窯水壓小于1.0 MPa考慮，需要使用止水套管，采用金剛鉆頭鉆進(jìn)，開孔采用Φ133mm的鉆頭，下入Φ89mm套管，套管長度不小于5m，套管用聚氨酯快速凝固劑。套管外口焊接高壓法蘭盤，法蘭盤外接壓力表的短節(jié)，短節(jié)外接高壓閥，鉆探時(shí)采用Φ65mm的鉆頭鉆進(jìn)至終孔。鉆機(jī)型號(hào)：ZYJ-1000/135（孔徑42mm）機(jī)載探放水專用鉆機(jī)。鉆機(jī)配備：42鉆桿60m，合金鋼鉆探2個(gè)，鉆機(jī)采用無芯鉆進(jìn)。在掘進(jìn)期間每5m一個(gè)疏放水孔，如疏放孔出水，掘進(jìn)工區(qū)立即停止掘進(jìn)，并立刻向調(diào)度室匯報(bào)，地測科及時(shí)下發(fā)停止掘進(jìn)通知單，通知鉆探隊(duì)進(jìn)行鉆探。沿3#煤層工作面正前布置一個(gè)鉆孔，其余兩個(gè)鉆孔布置在左幫，距底板1.2 m呈半扇形布置3個(gè)鉆孔，孔與孔間距0.15 m，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

5 效果驗(yàn)證

在鉆孔以及疏放水設(shè)計(jì)完成后，宜興煤業(yè)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案對(duì)12001運(yùn)輸巷上部1201采空區(qū)的積水進(jìn)行了鉆孔機(jī)疏放，在掘進(jìn)過程中，由于及時(shí)排水，避免了巷道積水可能引發(fā)的事故，保證了掘進(jìn)工作的正常進(jìn)行，說明方案設(shè)計(jì)合理，符合煤礦的實(shí)際情況，促進(jìn)了煤礦安全生產(chǎn)。

圖1 鉆孔布置示意圖

6 結(jié) 論

宜興煤業(yè)根據(jù)生產(chǎn)布局計(jì)劃及工作面運(yùn)輸巷情況，采用鉆孔疏放的方案，準(zhǔn)確地解決了采空區(qū)低洼處積水問題，有效地預(yù)防了采空區(qū)低洼處積水問題的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了安全掘進(jìn)及回采，促進(jìn)了煤礦安全發(fā)展。