錯層綜放采空區積水的精準預測分析

田淵輝

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦23105 材料巷位于23107 采空區傾向下山側20 m處，與采空區平行展布，23105 皮帶巷、切割已掘進完畢，開始施工23105 材料巷反掘、正掘，為確保23105 材料巷掘進及后續23105 工作面安全回采，對23107 采空區積水量進行了預估，在23105 材料巷掘進期間施工探放23107 采空區積水鉆孔。本文針對23107 采空區預測積水量與實際放水量的差異對比展開分析研究，得出采空區積水量的相關影響因素，供日后類似采空區積水量的精準預測，保障煤礦防治水工作順利進行。

1 預測采空區積水量

23105材料巷（反掘）掘進方位180°0′0″、23105材料巷（正掘）掘進方位0°0′0″，巷寬5.2 m，巷高3.6 m，設計長2557 m；施工方式為機掘一次成巷，矩形斷面，支護方式為錨桿、錨索、金屬網、鋼帶聯合支護，工作面煤層厚度13.30～16.08 m，平均14.50 m。23105 材料巷東側為同層23107 采空區，開采方式為錯層綜采放頂煤走向長壁回采，采用全部垮落法管理頂板，回采時間2016年9月至今，距停采線還剩400 m，平均采厚13.85 m，23107 皮帶巷沿13號煤層頂板掘進，工作面采空區積水來源有大氣降水、圍巖裂隙水、采后導水裂隙帶影響范圍內含水層水，生產用水等。依據采空區低洼位置實地調查和23107 皮帶巷實測剖面圖資料、煤層底板等高線，勾出23107 采空區可能的積水范圍，估算出積水標高和積水量，現預計23107 可能存在三處積水區，從北向南三處積水量分別約為3006 m3、32458 m3、21386 m3。預計放水水壓最大0.22 MPa。

2 實際探放水量

使用ZDY1300 型液壓鉆機施工探放水鉆孔，擴孔鉆頭直徑113 mm，鉆頭直徑75 mm，鉆桿長度1.5 m/根，鉆桿直徑50 mm，最大鉆進深度200 m。孔口管規格：直徑80 mm，長度10 m。孔口管使用煤礦用氣動注漿泵注入水泥漿固管，孔口管再用8號鐵絲連接幫錨桿，固管材料主要為水泥、膨脹材料、8號鐵絲等。經耐壓試驗孔口管壓力表符合探放水要求。

從北向南第一處積水：7 處探放水地點累計施工探放23107 采空區積水鉆孔41個（其中打通采空區32個），累計進尺2121 m，現55號點南108m鉆孔穩定出水2 m3/h，判斷為采空區正常補給水量泄水，其余鉆孔均已基本無水，累計放水18840 m3。

從北向南第二處積水：23105 材料巷反掘2 處探放水地點累計施工探放23107 采空區積水鉆孔13個（其中打通采空區13個），累計進尺653 m，累計放水59520 m3；23105 材料巷正掘9 處探放水地點累計施工探放23107 采空區積水鉆孔53個（其中打通采空區46個），累計進尺2418 m，累計放水27447 m3；23105 材料巷正反掘合計探放23107 第2處采空區積水86967 m3。

從北向南第三處積水：23105 材料巷正掘12 處探放水地點累計施工探放23107 采空區積水鉆孔52個（其中打通采空區51個），累計進尺2109 m，累計放水5645 m3。

23105材料巷掘進期間，在23105 材料巷30 處探放水地點累計施工探放23107 采空區積水鉆孔159個（其中打通采空區142個，出水鉆孔52個），累計進尺7301 m，累計探放23107 采空區積水111452 m3。

防治水人員使用微風管測試過打通鉆孔通風情況得知未堵塞，出水鉆孔無水后進行過驗證、疏通、補打均無水，根據探放水鉆孔施工、疏通、補打、驗證情況分析，推斷23107 采空區從北向南第一、第二、第三處積水已基本探放完畢，受復雜的采空區空間形態影響和現探放水技術水平不足的制約，預計局部采空區低洼可能存在少量殘留積水未放出。

3 探放水前后水量對比差異分析（見表3）

表1 探放水前后水量對比 m3

實際放水量與預計積水量誤差原因分析及存在問題：

3.1 從北向南第一處積水

實際放水量18840 m3與預計積水量3006 m3相差甚大，現相差原因分析如下：

1）23107工作面皮帶巷沿煤層頂板掘進，材料巷沿煤層底板掘進，回采期間皮帶巷至東側約60 m范圍內幾乎處于近水平，并非沿煤層底板回采，推斷23107 采空區的實際積水面積遠大于預計積水面積約7 倍，采空區儲水形態的預估差異影響了采空區積水量的估算；采空積水所淹沒垮落巖石吸收部分水量無法放出。

2）回采時間自2016年9月開始，采后時間較長，除在23107皮帶巷呈上坡趨勢回采期間匯聚的采煤工作面及兩巷生產用水外，還匯聚了近3年時間內的23107 采后導水裂隙帶影響范圍內的碎屑巖含水巖層水，采空區充水水源及充水時間的預測不準影響了采空區積水量的估算。

3）23107工作面西側為未回采的23105工作面，致使23107采空區積水后除頂板砂巖滲流外泄，儲水空間近乎完整無泄水通道，預測積水量時參考本礦采空區積水探放數值而未考慮到積水后的泄水條件。

4）采空積水所淹沒垮落巖石吸收部分水量無法放出，采空區垮落巖石吸（含）水性無試驗結果；預測積水量時未考慮這方面的影響。

5）綜采低位放頂煤回采率較一次采全高回采率低，采空區積聚大量未采出的浮煤落煤淤積于采空積水區底部和充填于垮落頂板巖石空隙中，致使實際采空積水最低標高高于預計積水最低標高，采空區積水水深變淺，充水系數變小。

6）采空區積水面積較大、水深較淺、探放水難度較大；探放水期間水量觀測誤差和排水時間的間斷，時間統計誤差也是影響實際放水量累計的因素。

綜上所述推斷分析，采空區儲水形態、充水水源及充水時間、泄水通道是實際放水量遠大于預計積水量的原因；垮落巖石吸（含）水性、放頂煤回采率低浮落煤多、積水面積大、水深淺是實際放水量小于按推斷實際積水面積估算積水量的原因；綜合導致放水前預計積水量偏小。

3.2 從北向南第二處積水

實際放水量86967 m3與預計積水量32458 m3相差甚大，現相差原因分析如下：

相差原因與第一處積水基本一致，但也存在不同之處，回采時間自2017年7月開始，采后時間較第一處積水短，除在23107 皮帶巷呈上坡趨勢回采期間匯聚的采煤工作面及兩巷生產用水外，還匯聚了近20月時間內的23107 采后導水裂隙帶影響范圍內的碎屑巖含水巖層水，采空區充水水源及充水時間的預測不準影響了采空區積水量的估算；綜合推斷分析，采空區儲水形態、充水水源及充水時間、泄水通道是實際放水量遠大于預計積水量的原因，其中充水時間是從北向南第二處積水放水前預計積水量與實際放水量誤差系數較第一處積水誤差系數較小的原因；垮落巖石吸（含）水性、放頂煤回采率低浮落煤多、積水面積大、水深淺是實際放水量小于按推斷實際積水面積估算積水量的原因；綜合導致放水前預計積水量偏小。

3.3 從北向南第三處積水

實際放水量5645 m3與預計積水量21386 m3相差甚大，現相差原因分析如下：

23107工作面皮帶巷沿煤層頂板掘進，材料巷沿煤層底板掘進，回采期間皮帶巷至東側約60m范圍內幾乎處于近水平，并非沿煤層底板回采，推斷23107 采空區的實際積水面積遠大于預計積水面積；回采時間自2018年6月開始，采后時間較短不足1年，在23107 皮帶巷呈上坡趨勢回采期間匯聚的采煤工作面及兩巷生產用水的同時，匯聚的23107 采后導水裂隙帶影響范圍內的碎屑巖含水巖層水較少；采空區積水面積較大、水深較淺、探放水難度較大。綜合推斷分析，采空區儲水形態、充水水源及充水時間、垮落巖石吸（含）水性、放頂煤回采率低浮落煤多、積水面積大、水深淺是影響實際放水量小于預計積水量的原因；綜合導致放水前預計積水量偏大。

4 結語

從本次23105 材料巷探放23107 采空區積水設計、施工、總結等各方面分析，論證出采空區積水預估的影響因素有：采空區的形態特征即儲水輪廓，采空導水裂隙帶影響范圍內的水文地質因素，采空區積水的各種充水水源和充水通道，采空區積水后的泄水通道，采空時間，回采期間上坡趨勢推進歷時和生產用水量，垮落巖石吸（含）水性、采空區充填物的組成和充水系數的選取。