采空區探放水安全技術措施研究分析

原國棟

(山西煤炭運銷集團陽城大西煤業有限公司,山西 晉城 048100)

1 概述

山西煤炭運銷集團陽城大西煤業有限公司3023工作面南面鄰3021采空區；西面為膠帶大巷；東面為礦界保安煤柱。工作面設計走向長度為664 m，傾向長度180 m，工作面回采煤層為3#煤層，煤層平均厚度為3.79 m，平均厚度為4°，根據《山西煤炭運銷集團大西煤業有限公司礦井兼并重組整合項目初步設計》，3023綜采工作面采煤方法選擇為走向長壁后退式采煤法，全部自然垮落法管理頂板，截止目前工作面已回采270 m。

3023工作面與3021采空區預留保安煤柱寬度為25 m，由于3023工作面南部為3021采空區，工作面回采后密閉時間較長，采空區冒落后上覆裂隙巖體為3021采空區主要涌水通道，通過物探及三維地震探測發現，在3021采空區252 m～377 m處低洼段存在積水，預計積水量為3 284 m3,水壓為0.08 MPa；受3021采空區積水影響，3023工作面回采至264 m處位于回風順槽采空區側煤柱出現滲水現象，滲水量達2.3 m3/h,為了保證工作面回采安全，決定對3021采空區采取探放水施工。

2 3021采空區探放水設計方案

2.1 探放水設備選擇

3021采空區探放水采用液壓架柱式回轉鉆機，選用長度及直徑分別為1.5 m及42 mm的鉆桿，整個探放水工作共需鉆桿50根；需四個的75 mm合金鉆頭；三個直徑為150 mm擴孔鉆頭；孔口管需要三根，長度及直徑分別為1.5 m及42 mm，此外還要壓力表、閥門等其他配件[1-2]。

2.2 鉆孔設計

1) 根據現場的實際地質條件，施工人員在鉆場施工三個放水孔，相鄰鉆孔之間的距離為1 m且平行布置。鉆孔按設計要求布置在距離底板往上1 m，鉆孔的深度設計為65 m。1號孔與煤壁垂直，2號孔與煤壁保持3°的仰角，3號孔與巷幫保持8°的仰角。采空區探水鉆孔布置參數，如表1所示。

表1 3021采空區探水鉆孔布置參數表

2) 施工人員在進行探放水作業時首先要鉆上部孔，當上部孔的水量降低后在鉆中部孔，當中部孔的水量降低后在鉆下部孔；當每個鉆場打孔完畢后要在其前后50 m內鉆三組檢驗孔，每組打2個檢驗孔，兩個檢驗孔分別在距離底板往上1 m及1.2 m處，如發現檢驗孔內的水量較大且沒有減弱的跡象時，需在檢驗孔附近繼續布置鉆場進行探放水作業。

2.3 探水鉆孔封孔工藝

由于3021采空區與3023工作面預留的煤柱屬于石炭系煤層煤層，煤質較軟且松，為了避免放水期間出現鉆孔塌孔現象，決定對探水鉆孔采用封孔器、膨脹水泥及聚氨酯聯合進行封孔，如第116頁圖1所示。

圖1 3021采空區探水鉆孔封孔示意圖

1) 施工人員使用導向鉆孔向煤壁內鉆進12 m后再使用三翼擴孔鉆頭對鉆孔進行擴孔，三翼擴孔鉆頭的直徑為150 mm，擴孔后施工人員需及時將孔內的煤塵進行清理并在孔內安裝孔口管，并采用絲扣對孔口管進行固定[3]。

2)孔口管安裝完畢后，施工人員使用注漿泵向孔口內部注入膨脹水泥；膨脹水泥注入完畢后，施工人員使用封孔器及封堵囊袋對封孔端頭進行封堵。

3) 施工人員在使用注漿泵向封堵環形空間注入聚氨酯漿液，注漿的壓力必須大于2 MPa，注漿時施工人員要確保漿液能夠完全機內鉆孔及煤壁裂隙內，待孔口由漿液流出時停止注漿，同時在鉆孔附近用膨脹水泥進行封孔[4]。

4) 施工人員在完成上述操作后的六小時對封孔進行觀察，當封孔無異常后對封孔作耐壓試驗，試驗時的注水壓力必須大于1.5 MPa，注水時間需大于半小時，觀察封孔無滲水、無竄動時方可認定封孔有效。

3 探放水安全技術措施

1) 施工人員在進行探放水前需對區域內的排水系統進行排查，并對排水管路及設備進行檢查，對管道的淤泥及時清理。

2) 在鉆場附近需安裝一部與指揮大廳直接通話的設備，鉆場周圍需安排有經驗的員工進行敲幫問頂，做好鉆場周圍的支護工作，在頂板破碎區域安裝臨時支護。

3) 鉆孔過程中需嚴格按照設計要求進行，同時安排專業技術人員對鉆孔的放水量及水壓進行觀察，隨時判斷積水情況[5]。

4) 鉆孔過程中在隨時測定采空區的有害氣體，并在鉆孔前安裝瓦斯、溫度、一氧化碳等監控設備，嚴禁人員及車輛在鉆孔下風處活動。

5) 如鉆孔過程中遇到卡鉆及頂鉆事故時要立即停機進行檢查，待故障排除后方可繼續進行作業；如在鉆孔的過程中有氣體涌出要及時采取相應的技術措施，眼睛拔鉆。

6) 為了提高鉆場附近頂板穩定性，可采用L型鋼棚對鉆場周圍進行臨時支護，架設臨時支護工藝如下：采用的“L”型鋼棚兩邊的長度分別為3.5 m及1.5 m，并在兩邊施工一個25 mm的圓孔；采用地錨將鋼棚棚腿與底板進行緊固，并采用螺紋鋼錨桿將鋼棚與頂板緊固；待鋼棚全部安裝完畢后，施工人員采用水泥背板將鋼棚與巷幫的間隙進行填充。

4 結語

大西煤礦分別在3023回風順槽275 m、315 m以及365 m段各施工一個探水鉆場，共計施工9個探水鉆孔，通過探放水施工現場觀察發現，每個鉆孔為濕孔，共計放水量為3 277 m3，探放水施工完成后施工兩個校驗鉆孔全部為干孔；采取探放水施工后完全消除了3021采空區水害隱患，避免了水害事故發現，保證了3023工作面安全快速回采，取得了顯著應用成效。