楊耀霞

（同煤國電同忻煤礦有限公司，山西 大同 037000）

同忻煤礦設計生產能力約為3700萬t/a。根據對該煤礦井下的地質勘探，其1202綜采作業面頂板上的含水層總體上來說含水量較少，但在頂板上分布著多條導水帶裂隙，頂板含水層下是砂巖層，在砂巖層的底部含水分布不均勻，在砂層的低洼位置及鄰近地下水的地方產生了較大的積水帶，在綜采作業時礦壓的作用下極易導致積水從裂隙帶處涌出，給井下綜采作業帶來嚴重的安全隱患。因此本文對同忻煤礦1202綜采作業面進行的井下探水研究，做好放水方案，確保井下綜采作業的安全。

1 井下儲水量預測

井下巷道內的水可分為靜態水和動態水兩個部分。靜態水主要是指與原來的含水層分離，無水源的側向補給，靜態水主要存在于巷道頂板垮落后產生的封閉區域內。對靜態水涌水量Q靜的預測可表示為[1]：

式中：

L-頂板垮落后產生的封閉區域的長度，m；

B-含水層垮落區域的寬度，m；

M-井下巷道含水層的厚度，m；

μ-涌水層積水度，取0.02；

t-最終完成放水的時間，取2d。

動態水主要是指巷道頂板上的含水層和地下水道聯通的水源，其能夠通過臨近含水層的下滲補給以及通過四周的地下水徑流補充。因此在對動態水量進行計算時，可采用大流量的方法進行計算，其動態水量Q動可表示為[2]：

式中：

K-滲透系數；

H-水頭高度，m；

M-井下巷道含水層的厚度，m；

h-動水位到底板上的隔水層水柱的高度，m；

R0-含水層半徑，m；

r0-井下含水層的引用半徑，m。

因此對同忻煤礦井下進行探放水作業時，

計算其最大涌水量為116m3/h。

2 探放水鉆井施工方案

根據同忻煤礦井下實際地質條件及同忻礦的最大涌水量，在進行探放水鉆井施工時設置裸孔的孔徑為73mm，鉆孔孔口位置的直管的孔徑為105mm，總長為7.2m。在進行探放水鉆孔施工時的鉆進工藝總結如下。

（1）首先將鉆機鉆進作業時的角度設置為24°。

（2）放入孔口直管以后，將系統內配對的壓蓋和注漿的管路進行連接，然后利用注漿泵將定量的速凝劑注入到連接直管內，用于固管。在進行注漿時，設置系統的壓力為0.6MPa，當所注入的速凝劑達到一定量以后，靜置8h，然后利用1.6MPa的壓力對管路進行二次注漿，然后再次靜置16h，待完全凝固以后以2MPa的壓力進行水壓打壓試驗，直到達到設定的要求。井下管口的注漿工藝原理如圖1所示[3]。

圖1 煤礦井下管口的注漿工藝原理

（3）在鉆進作業時，為了確保鉆進時的速度，采用了高強度合金鉆頭鉆進作業。在鉆進時以清水為沖洗和降溫液體，確保鉆進時鉆頭的安全性，鉆進時鉆頭以180r/min的速度作業。

（4）在鉆進時，首先用直徑為130mm的鉆頭鉆入6m深，然后放入直徑為105mm的孔口管，最后利用直徑為72mm的鉆頭鉆進到設計要求的孔深。

3 同忻礦探放水施工

同忻礦在本次探放水作業中，為了確保1202綜采作業面的作業安全，在進行施工時主要是以優化井下鉆孔數量為依據，將所設計好的井下鉆孔分批進行施工。在進行作業時首先對井下切眼里的探放水鉆孔進行施工作業，確保1202綜采作業面上在綜采作業前期的安全性。在前期作業時同步對探明的含水量較大的區域進行探放水鉆井施工，根據含水層的狀況同步對綜采面巷道的頂板進行優化支護，利用單體支柱替代傳統的有煤柱支撐，在易碎裂區采用金屬護網支撐，防止礦壓波動時的落石，采用該支護方案后能夠有效提升井下煤炭的回采率，提升井下作業安全。

在本次作業時，根據井下的實際地質情況，在第一批鉆井作業時先設計了16組鉆孔，在第二批鉆井作業時設計了13組鉆孔，在第三批鉆井作業時設計了6組鉆孔。設計的總的鉆孔區域的作業距離達到了5739m，在實際作業過程中實際上共設置了33個鉆孔。其中第一批為16個鉆孔，第二批為14個鉆孔，第三批為3個鉆孔，實際的總的鉆孔區域的長度為4681m。綜采面上的井孔施工量匯總如表1所示。

表1 綜采面上井孔施工量匯總表

在該綜采面探放水施工作業中，共設置了33個井孔，其中23個井孔位于巷道頂板上的基巖積水區域，10個井孔位于砂層底部的富水區域，所有探水井孔在設置時均以24°左右的角度向頂部含水層處鉆進作業。

根據井下綜采面探放水作業過程研究，當在初始的300m長度范圍內，所設置的放水探孔只有少量的水流出，在該區域范圍內存在突水事故的概率較低。從300m到976m的范圍內共設置了4個放水探孔，其中第四個探孔內的涌水量達到了24.42m3/h。對此處涌水的離子成分進行化驗后，其主要為鈣離子、鎂離子，其地質結構以松散的沿基風化為主[4]，因此表明該處巷道頂板上的含水量較大。經過4d的放水后，該區域內的探孔處的出水量逐漸降低，表明該區域內的水主要是以靜態出水為主，無外界動態水系的補充。因此經過探放水后在綜采作業過程中發生透水事故的概率基本為零。

在從第976m到第4681m范圍內的探孔處的涌水量衰減率達到了89.2%，且大部分探孔內無明顯的水流出，說明該區域范圍內頂板的含水層較弱，在綜采作業過程中也不存在出現透水事故的概率。綜上分析，在該綜采區域范圍內的33個探放水孔目前均已干枯，總涌水量從最初的107.3m3/h，降低到了目前的7m3/h，說明了該區域范圍內頂板的含水量是以靜態水為主，無動態補水渠道，通過探放水作業后，確保了在綜采作業過程中的安全性。

4 結論

為了解決同忻煤礦綜采作業面受上側積水區域影響而導致的透水隱患，本文對井下綜采面的探放水方法進行了研究，結果表明：

（1）采用靜態、動態水測結合方案，對同忻礦井下水的分布進行了計算，結果表明其理論最大涌水量為136m3/h，實際測量后，其最大涌水量為107.3m3/h，基本與理論分析吻合，說明了該分析方法的有效性；

（2）該礦井下綜采時，應將放水重點放在300m到976m的范圍內，其地質結構以松散的沿基風化為主，容易發生透水和垮塌；

（3）通過對該礦井下探放水作業，說明該礦的含水層主要是以靜態水為主，經過近4d的放水后，已基本沒有了涌水，確保了井下綜采作業的安全。