云崗礦8409工作面采空區(qū)積水探放工程設(shè)計(jì)

白玉峰

（同煤集團(tuán)云岡礦地測科，山西 大同 037017）

1 工作面地質(zhì)概況

云崗礦位于山西省大同市西部，距大同市18km，井田面積58.3068km2。井田東與晉華宮井田、吳官屯井田及云崗石窟保護(hù)煤柱相鄰，南與煤峪口井田、忻州窯井田相鄰，西與姜家灣井田和四臺(tái)井田相鄰。

1.1 區(qū)域地質(zhì)情況

（1）404盤區(qū)8#層8409工作面位于404盤區(qū)，東西方向布置，由東往西回采。（2）5409巷設(shè)計(jì)長1354m，規(guī)格為4.2m×2.8m；沿煤層頂板掘進(jìn)。（3）8409工作面煤層厚度在1.2～1.6m之間，平均約1.4m，含1層0.1～0.3m的夾石。（4）8409工作面直接頂為深灰色或灰黑色砂質(zhì)頁巖與粉細(xì)砂巖互層，厚度平均12.89m；局部含深灰色砂質(zhì)頁巖偽頂，厚度平均1.16m；直接底為深灰色砂質(zhì)頁巖與粉細(xì)砂巖互層，平均厚度13.89m。

1.2 工作面四鄰采掘情況

8409工作面地面位于南山住宅區(qū)（已搬遷）東部，十里河南部，東部和西部溝谷分布；井下西部為2409-1、5409-1巷，南部為8407工作面，北部為2411巷。

2 水患分析

2.1 上覆情況

上覆7#層為該礦8402～8422局部采空區(qū)，上覆3#層存在該礦8402～8420局部采空區(qū)，上覆2#層存在該礦8402～8430局部采空區(qū)；8#層與上覆7#層層間距約30～32m，與上覆3#層層間距平均80m，與上覆2#層層間距平均113m。根據(jù)煤層底板等高線圖及充水性圖分析，該區(qū)域上覆層均為西南高東北低趨勢，預(yù)計(jì)8409工作面上覆7#層采空區(qū)內(nèi)局部低洼處存有積水。

預(yù)計(jì)積水量計(jì)算為：

式中：

W-老空積水量，m3；

M-采厚，m；

F-老空區(qū)水平面積，m2；

α-煤層傾角，（°）；

K-老空的充水系數(shù)，取0.3。

老空區(qū)積水對7#層底板壓強(qiáng)最大處計(jì)算為：

式中：

ρ-水的密度；

g-重力加速度；

h-底板最低處到水面高度。

2.2 同層情況

同層北部為8411工作面2411巷，西部為2409-1、5409-1巷，東部為十里河床保護(hù)煤柱；南部為8407采空區(qū)（1996～1997年采完），采空區(qū)內(nèi)存有積水，預(yù)計(jì)積水量計(jì)算為：

式中：

W-老空積水量，m3；

M-采厚，m；

F-老空區(qū)水平面積，m2；

α-煤層傾角，（°）；

K-老空的充水系數(shù)，取0.3。

2.3 下伏情況

根據(jù)《云岡礦水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告》資料解釋結(jié)果，寒武灰?guī)r巖溶水不會(huì)對開采造成威脅，不存在帶壓開采。

8#層8409工作面上覆7#層采空區(qū)和同層南部8407采空區(qū)內(nèi)存有積水，必須提前進(jìn)行探放。

3 探放水工程設(shè)計(jì)

為徹底疏干8#層8409工作面上覆7#、3#、2#層采空區(qū)積水和同層南部8407采空區(qū)積水，保證8409工作面的安全開采，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦防治水規(guī)定》及對本區(qū)水文地質(zhì)情況的具體綜合分析研究，2016年由地質(zhì)處鉆機(jī)隊(duì)施工，從地面向井下2409巷施工了一個(gè)地面放水孔，探測結(jié)果為：2#、3#、7#層均采空無水。

3.1 探上覆7#層井下放水孔設(shè)計(jì)

綜合考慮7#、3#、2#層煤層底板等高線圖及充水性圖，由于7#層為大冒頂開采， 3#、2#層采空區(qū)積水7#層采空區(qū)所蹬空，故決定下伏層2409巷、5409巷施工井下放水孔對上覆層相對低洼處進(jìn)行探放。

1#孔（探上覆7#層，層間距約36m）：在8409切巷內(nèi)（5409巷以南5.5m處）施工，方位185°，傾角45°，預(yù)計(jì)斜長48～53m見7#層采空區(qū)；目前已施工20m。2#孔（探上覆7#層，層間距約35m）：在5409巷（切巷以西18.5m處）施工，方位130°，傾角50 °，預(yù)計(jì)斜長42～48m見7#層采空區(qū)。3#孔（探上覆7#層，層間距約31m）：在2409巷內(nèi)（22#測點(diǎn)東10m或23#測點(diǎn)西20m）施工，方位45°，傾角55°，預(yù)計(jì)斜長37～43m見7#層采空區(qū)。4#孔（探上覆7#層，層間距約33m）：在2409巷內(nèi)（19#測點(diǎn)處施工），方位90°，傾角50°，預(yù)計(jì)斜長40～46m見7#層采空區(qū)。5#孔（探上覆7#層，層間距約31m）：在2409巷內(nèi)（14#測點(diǎn)東30m或15#測點(diǎn)西17m）施工，方位0°，傾角50°，預(yù)計(jì)斜長37～43m見7#層采空區(qū)。6#孔（探上覆7#層，層間距約31m）：在2409巷內(nèi)（21#測點(diǎn)東11m或24#測點(diǎn)西40m）施工，方位0°，傾角50°，預(yù)計(jì)斜長31～36m見7#層采空區(qū)。

3.2 探同層采空區(qū)井下放水孔設(shè)計(jì)

1#孔（探同層8407采空區(qū)，煤柱寬20.2m）：在2409巷內(nèi)28#測點(diǎn)東10m處施工，方位180°，傾角+0.5°，預(yù)計(jì)孔深21m通。2#孔（探同層8407采空區(qū)，煤柱寬20.2m）：在2409巷26#測點(diǎn)東34m處施工，方位180°，傾角+0.5°，預(yù)計(jì)孔深21m通。3#孔（探同層8407采空區(qū)，煤柱寬20.2m）：在2409巷24#測點(diǎn)處施工，方位180°，傾角+0.5°，預(yù)計(jì)孔深21m通。4#孔（探同層8407采空區(qū)，煤柱寬20.2m）：在2409巷20#測點(diǎn)處施工，方位180°，傾角+0.5°，預(yù)計(jì)孔深21m通。5#孔（探同層8407采空區(qū)，煤柱寬20.2m）：在2409巷19#測點(diǎn)東17m處施工，方位180°，傾角+0.5°，預(yù)計(jì)孔深21m通。8409工作面井下和同層放水孔設(shè)計(jì)如圖1所示。

3.3 施工技術(shù)要求和鉆孔結(jié)構(gòu)說明

鉆孔結(jié)構(gòu)說明：開孔以57mm孔徑，在鉆進(jìn)到終孔前10m時(shí)，換用108mm鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔長度5m，用于安設(shè)止水套管。由專門配備的TUX-75型鉆機(jī)（鉆桿直徑57mm）進(jìn)行施工。井下和同層放水孔單孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 8409工作面井下和同層放水孔設(shè)計(jì)示意圖

圖2 井下和同層放水孔單孔結(jié)構(gòu)示意圖

鉆進(jìn)要求：鉆孔開口處5m必須用108mm鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，以安裝孔口安全套管，并安設(shè)閘門，安設(shè)牢固后，要進(jìn)行安全套管的耐壓試驗(yàn)，合格后方可鉆進(jìn)，并經(jīng)常檢查。

4 排水及施工組織安排

排水路線：放水地點(diǎn)—8409切巷—2409或5409巷—2409-1或5409-1巷—2411巷—404盤區(qū)水倉—1030南大巷—中央水倉—地面。排水期限：開采前必須將采空積水疏放完畢，嚴(yán)禁頂水采煤。探放水工程施工組織安排：根據(jù)工作面生產(chǎn)接替時(shí)間，探放水工程施工由總工程師負(fù)責(zé)指揮，調(diào)度室、地質(zhì)科、管路區(qū)、安監(jiān)站配合，調(diào)度室負(fù)責(zé)整個(gè)放水工作的整體協(xié)調(diào)，地質(zhì)科負(fù)責(zé)水量的測定和通孔位置的標(biāo)定，管路區(qū)負(fù)責(zé)排水系統(tǒng)的建立，安監(jiān)站負(fù)責(zé)排水工作的安全檢查，通過上述單位精心組織，確保回采前疏放完畢。

5 水害避災(zāi)路線設(shè)計(jì)

當(dāng)巷道探鉆地點(diǎn)發(fā)生突水或井下施工放水孔與上覆采空區(qū)探通水量較大，短時(shí)間無法控制危及作業(yè)人員安全時(shí)，要迅速組織人員撤退，路線為：放水地點(diǎn)—2409、5409或8409切巷—2409-1、5409-1巷—2411巷—404盤區(qū)水倉—1030南大巷—中央水倉—地面；放水地點(diǎn)—2409、5409或8409切巷—2409-1、5409-1巷—2411巷—502-2回—504-4回—504回—404風(fēng)井—地面。

6 探放水設(shè)計(jì)測試分析

根據(jù)制定的探放水設(shè)計(jì)方案，選取8#煤層8407采空區(qū)進(jìn)行排水測試。8#煤層8407采空區(qū)最低處積水面積為30776.77m2，預(yù)計(jì)積水量55013. 24m3。在該鉆場中，從放水鉆孔施工完成至放水測試結(jié)束，共放出3303采空區(qū)積水55087. 35m3。從實(shí)際測試結(jié)果分析可知，本設(shè)計(jì)在預(yù)計(jì)采空區(qū)積水量上具有較高的精確度，探放水鉆孔位置等設(shè)計(jì)合理，疏干了8#層8409工作面上覆7#、3#、2#層采空區(qū)積水和同層南部8407采空區(qū)積水，保證了8409工作面的安全開采。