同煤集團云崗礦12#層404 盤區8411 工作面探放水方案研究

劉務全

（大同煤礦集團有限責任公司云崗礦，山西 大同 037017）

1 8411 工作面地質情況

同煤集團云崗礦12#層404 盤區8411 工作面為東西方向布置，由東往西開采，8411 切巷長度138.5 m。該工作面煤層厚度在0.4～2.7 m 之間，平均厚度約2.0 m。工作面直接頂為中細砂巖互層，平均厚度為16.53 m；直接底為細粉砂巖，平均厚度2.34 m。12#層404 盤區8411 工作面位于十里河南部，與十里河床垂直深度約255 m，平距在150～300 m 之間；上覆存在云岡礦2#、3#、7#、8#四層采空區，各采空區間存在水力聯系；同層北部為8413 工作面（正開采）和十里河床保護煤柱。因此在回采過程中要重點做好探放水工作，消除水患對回采過程中的影響，確保安全生產。

2 8411 工作面水患分析

（1）上覆層水患情況

12#層404 盤區8411 工作面上覆2#、3#、7#、8#為云岡礦采空區。上覆8#層為云岡礦8411 和8413采空區，東西向布置，采煤方法為綜合機械化采煤，影響范圍均為805 m；上覆7#層為云岡礦8403和8405 采空區，采煤方法為大冒頂采煤，影響范圍均為805 m，兩采空區間約有12 m 的煤柱，煤柱中間有多條聯絡巷道；上覆3#層為云岡礦8403、8405、8407、8409、8411、8415 工作面采空區，采煤方法為大冒頂采煤，整體影響范圍805 m；上覆2#層為云岡礦8401～8413 采空區，采煤方式為刀柱式采煤，整體影響范圍805 m。12#層與上覆8#層層間距平均約36 m，與上覆7#層層間距平均69 m，與上覆3#層層間距平均112 m，與上覆2#層層間距平均143 m，各采空區間存在水力聯系。因在開采8#層8411、8413 工作面時已經對上覆2#、3#、7#層積水進行了探放，2#、3#、7#層積水下泄到8#層采空區，故積水主要匯聚在8#層8411 和8413 局部采空區內。從煤層底板等高線和充水性圖以及地面情況分析，預計上覆存在少量采空積水，大部分積水通過北部8413 工作面已經疏放。

探放水對象包括采空區積水和動態水兩個部分。采空區積水主要是指與原來的含水層分離，無水源的側向補給，采空區積水主要存在于巷道頂板垮落后產生的封閉區域內。對采空區積水涌水量Q1的預測可表示為：

式中：Q1為采空區靜態積水涌水量，m3/h；L為采空區積水區的長度，m；B 為采空區積水區的寬度，m；H 為采空區積水區的高度，m；μ 為采空區積水區的積水系數，與采空區地質巖層組成有關，本文選取0.25；t 為完成排放靜態水的時間，h。

通過云崗礦8#層8411 和8413 局部采空區參數調查，最終確定靜態積水涌水量為13 m3/h。

（2）同層水患情況

同層北部為12#層404 盤區8413 工作面（正開采）和十里河床保護煤柱，西部為12#層404 盤區巷，南部為8409 工作面（正在圈定），東部區域未開拓。12#層404 盤區8411 工作面北部同層8413 工作面正在開采，該工作面采空區內存在積水，且存在大量的動態水，水源為地面補給水，通過上覆層塌落帶、裂隙等導入8413 采空區內。8411 工作面5411巷尾部設計探放水孔6 個，對8413 工作面采空區內積水進行探放，施工探放水孔6 個，其中5 個出水。動態水主要是指巷道頂板上的含水層和地下水道連通的水源，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Q2可表示為：

式中：Q2為探放水時的動態水量，m3；K 為采空區水滲透系數，與采空區地質巖層組成有關，本文選取3.2；H 為動態水水頭高度，m；B 為采空區含水層的寬度，m；h 為動水位到底板上的隔水層水柱的高度，m；R0為含水層半徑，m；r0為含水層引用半徑，m。

通過對同層工作面參數調查，最終計算的動態涌水量為20 m3/h。

（3）下覆水患情況

根據《云岡礦水文地質類型劃分報告》資料解釋結果，寒武灰巖巖溶水與12#層煤間距約120 m，無直接導水通道，不會對12#層開采造成威脅，不存在帶壓開采。

綜上所述，8411 工作面主要水患為上覆層采空區積水和十里河補給水通過上覆采空區塌落、裂隙帶等導入同層8413 采空區內形成的動態涌水，8413 工作面和8411 工作面之間煤柱為12 m，在8411 回采前應消除水患，確保安全生產。

3 探放水工程設計

為了徹底排放12#層404 盤區8411 工作面上覆8#層8411 和8413 積水，云岡礦對上覆采空區以及同層采空區進行探放水，將積水從地勢最低處通過探放水鉆孔排出，保障開采工作的安全。探孔設計說明如表1 所示，探放水孔布置示意圖如圖1 所示。

表1 探孔設計參數表

圖1 8411 工作面探放水孔位布置圖

根據云岡礦井下地質條件及計算的涌水量，在進行探放水鉆井施工時設置裸孔孔徑為73 mm，鉆孔孔口位置的直管的孔徑為105 mm。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0.6 MPa，當所注入的速凝劑達到一定量以后，靜置8 h，然后利用1.6 MPa的壓力對管路進行二次注漿，然后再次靜置16 h，待完全凝固以后以2 MPa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2 所示。

圖2 探放水孔管口注漿示意圖

（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180 r/min 的速度作業。

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

4 探放水工程實施效果

（1）上覆層：12#層404 盤區8411 工作面向上覆8#層共施工10 個井下探放水孔，其中9 個通孔無水，1 個未通，所有鉆孔均已封堵良好，探放水工作已完成.綜上所述，上覆層水患已消除。

（2）同層8413 采空區積水：12#層404 盤區5411 巷尾部向8413 工作面（正開采）采空區共施工6 個探放水孔，其中5 個出水，出水量為33 m3/h，累計排放水量8.8 萬m3。

（3）現已在8411 切巷靠近古塘幫煤墻下方鋪設兩趟DN100 管路，在2411 巷尾部向同層5409 巷施工兩個排水孔，在5409 巷尾部施工一水倉，通過管路將5411 巷尾部5 個出水孔與2411 巷尾部2個排水孔連接，將8413 采空區積水排放至5409 巷尾部水倉內，由5409 巷排水系統將積水排放至南1030 大巷水渠后自流至中央水倉。現所有工程均施工完畢，排水系統完善。綜上所述，8413 采空區積水不影響8411 工作面回采。