寺家莊礦井小煤柱防治水設計優(yōu)化及應用

陳鵬宇

（山西陽煤寺家莊煤業(yè)有限責任公司，山西 晉中 045300）

1 礦井概況

寺家莊礦為煤與瓦斯突出礦井，井下揭露面積較小，主要開采15號煤層，礦井水文地質類型中等。2013～2017年生產主要區(qū)域為中央盤區(qū)。現(xiàn)15106掘進工作面東側為15108工作面采空區(qū)，西側為15104工作面采空區(qū)，兩處采空區(qū)均為同層自采區(qū)，15106工作面進回風順槽均沿小煤柱掘進，設計水平間距7m煤柱（鉆場局部2m），受采空區(qū)積水和煤壁長時間浸泡影響，巷道推進至積水線影響范圍可能存在有滲水和煤壁垮塌等現(xiàn)象。

2 綜合探放水設計方案

15106切巷底抽巷在該工作面掘進頭中施工較快，主要服務于抽放工作面內部瓦斯及保護切巷。15106切巷底抽巷西頭距離15104工作面采空區(qū)YJ104-1積水水平距離30m，現(xiàn)15106進風巷距設計停掘位置剩余200m，其中剩余80m在YJ104-1積水影響范圍。為保證15106進風巷順利安全施工到位，在15106切巷底抽巷西側進行放水作業(yè)。

15106工作面進風巷進入積水線后掘進巷道可能存在滲水和煤壁垮塌等現(xiàn)象，在掘進至影響范圍后對原積水區(qū)域進行驗證。

圖1 15106切巷底抽巷探放水鉆孔設計布置圖

圖2 15106切巷底抽巷煤層預想剖面圖

3 探放YJ104-1積水設計及效果驗證

3.1 15106切巷底板巖石預抽巷水文地質概況

15106切巷底板巖石預抽巷（西）DH16測點以西146m為15104工作面采空區(qū)YJ104-1積水位置，原預計YJ104-1積水量為4673m3，積水深度為9m，水位標高+555m。

采空區(qū)積水主要來源為上部K2、K3、K4石灰?guī)r局部裂隙含水層，含水層正常涌水量為2～3m3/h。

3.2 探放地點及鉆孔設計參數(shù)

探放地點及鉆孔設計參數(shù)見表1。

表1 探放地點及鉆孔設計參數(shù)表

3.3 安全技術措施及效果驗證

探測期間探測鉆孔開孔孔徑為127mm，止水套管長度為10m，將封孔管插入鉆孔內，外露0.3～0.5m，然后用泥漿泵進行水泥注漿封孔（水泥采用425#），封孔后要用2根錨桿對封孔管進行固定。孔口安裝壓力表，觀測水壓。將閥門和三通連接到止水套管上且換用75mm的鉆頭繼續(xù)鉆進。

2017年10月3日至10月6日共施工4個放水鉆孔，正南方向的兩個放水孔水量最大，T2孔最大涌水量為25m3/h，初始水壓為0.22MPa，巷道距采空區(qū)工作面高差為11m，預計水柱高度11m。根據15104采空區(qū)工作面的實測剖面，15104工作面回風巷積水長80m，切巷積水140m長，計算得出YJ104-1共積水6070m3。

式中：

W-采空區(qū)積水量，m3；

M-采空區(qū)煤層采高，5m；

S-采空區(qū)積水面積，S=5600+470m2（部分水淹巷道積水）；

K-充水系數(shù)，0.2。

10月15日復測水壓為0.17MPa。11月10日關閉閘門，11月13日、11月20日、12月1日分別測得水壓為0.11MPa，水位在15104采空區(qū)回風巷底板位置高程546m處。水位無明顯變化，分析該積水區(qū)已基本放完。

預計YJ104-1積水量為4673m3，計算測得積水量6070m3，實際放水5040m3，比計算積水量少放水1030m3，偏差原因為K（充水系數(shù)）值取值偏大。

圖3 15104回風巷剖面圖

4 施工觀測驗證孔設計及效果驗證

4.1 YJ104-1積水區(qū)積水量變化情況

10月15日，15106進風巷已掘進至積水區(qū)警戒線內，剩余10m將進入探水線，在15106工作面切巷底抽巷進行放水作業(yè)中，止水套管上的壓力測試為0.17MPa，壓力測試孔開孔位置距離采空區(qū)煤層底板6m，分析采空區(qū)積水深度已降至為6m左右。

4.2 探放地點

為保證15106工作面進風巷安全通過前方受采空區(qū)積水影響的區(qū)域，從該積水區(qū)探水線往南24m處開始對YJ104-1積水影響區(qū)域進行驗證探測，同時對存在滲水區(qū)域進行局部放水作業(yè)。

4.3 探放水設計要求

（1）考慮采空區(qū)積水已下降一定高度，要求施工隊組在進入積水區(qū)影響范圍時，煤柱支護期間加強觀測煤柱涌水情況。對涌水或滲水區(qū)域及時施工放水孔。

（2）探放水孔及驗證孔開孔孔徑為75mm，止水套管長度為4m（煤柱7m，同層不帶壓，按規(guī)定套管不小于煤柱的二分之一），止水套管用4寸管。鉆孔在7m探透采空區(qū)，取出鉆桿，如鉆孔出水，待水量穩(wěn)定和變小后將止水套管伸入孔內，用封孔材料（水泥或聚氨酯封孔劑）封固止水套管。

（3）放水觀察孔/驗證孔：根據鉆孔出水情況確定放水觀察孔的留設，放水觀察孔放水后只關閉閥門不封孔，其余探測鉆孔作用完成后全段用封孔材料封嚴堵死；驗證孔未出現(xiàn)涌水可直接封孔。

（4）巷道掘進至警戒線或探水線過程中發(fā)現(xiàn)煤壁潮濕、洇水、少量涌水等異常時，可每掘進10m根據現(xiàn)場情況距底3.2～3.5m處施工1個驗證孔，探放水準備止水套管和閥門，在低處預留觀察孔，有水則立即排放，鉆孔水停流后及時對觀測孔進行封孔。排放積水達到安全條件后（水位不高于底板標高2m），方可繼續(xù)掘進。

（5）探孔未見水，必須及時封堵。

4.4 安全技術措施及效果驗證

（1）15106工作面進風巷進入探水線至設計停掘位置按水文地質條件復雜區(qū)管理，掘進必須堅持“有掘必探、先探后掘”的原則，嚴格執(zhí)行輪次超前探測措施，及時清排積水，確保消除水患。

（2）加強對巷道煤壁觀測，發(fā)現(xiàn)煤柱幫煤層酥軟、潮濕，煤層的穩(wěn)定性差，要隨時監(jiān)測水情及變化，必要時采取相關補強措施。

（3）在施工驗證孔和放水期間每班安排人員現(xiàn)場跟班，派專職瓦檢員監(jiān)測瓦斯、一氧化碳等有害氣體。

（4）主動驗證及探放期間，配備足夠的防排水系統(tǒng)（水倉、水管、水泵、止水套管），至少配備排水能力不小于20m3/h、揚程不小于50m的排水泵兩臺（一臺工作、一臺備用），鋪設4寸的排水管路一趟（進水管做為備用排水管），并跟進至掌前15m范圍。

（5）12月3日，15106進風巷安全施工到位，積水區(qū)影響范圍內的部分巷道掘進和支護期間均未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，證實YJ104-1積水排完（進入積水區(qū)域煤柱支護位置會出現(xiàn)涌水或滲水現(xiàn)象）。

5 存在的問題

由于礦井涌水量較小，日常用水和探測期間不會出現(xiàn)排水能力不足的情況，15106切巷底抽巷放水期間涌水量較大，造成巷道積水較多，多次關停閘門進行巷道排水；同時巷道內多處施工造空孔，造成煤粉、巖粉較多，排水過程中排水泵負荷較大，燒壞幾臺電機；巷道丁字口連接管為2寸管，造成排水能力有限等多個問題。公司及時組織排水泵、換管等工作解決了排水問題，避免了因無法排水而延長15116進風巷到位時間。

圖4 15106進風巷剖面圖

6 結語

通過本次底抽巷及順槽綜合探放水工程，使15106進風巷水害的危險降至最低，保證了人員財產的安全，提前解放進風順槽，縮短銜接時間，同時也為將來寺家莊礦同類小煤柱探放采空區(qū)積水積累了經驗，進而保證巷道掘進工作效益的提升。整個設計體現(xiàn)了現(xiàn)代化礦井的安全、高產、高效、低能耗生產的理念。掘進巷道探放水工程在煤礦生產過程中是不可缺少的工作，因此煤礦管理人員、技術人員需要加以重視，以確保煤礦防治水安全。