騰暉礦三采區(qū)回采巷道掘進綜合探放水技術研究

楊紅剛

（霍州煤電集團晉南煤業(yè)有限公司，山西 運城 043300）

我國煤炭資源所處的地質條件相對復雜，一些礦井在開采的過程中可能會遇到大量的水涌出，影響了工作人員的安全，同時給煤礦帶來了一定的利益損失[1-3]。對回采巷道掘進過程中可能的涌水水源進行分析，并依據水源條件采取相應的防治水技術方案實施，對礦井的安全生產具有非常重要的理論指導作用和經濟意義[4-7]。本文以騰暉礦三采區(qū)準備巷道地質條件為基礎，對礦井充水的主控因素進行分析，從而有針對性地設計出回采巷道掘進探放水技術措施并疏放干凈積水，避免出現涌水事故，對礦井的安全生產及經濟效益都起到顯著的作用。

1 三采區(qū)概況

騰暉煤業(yè)為資源整合重組礦井，主要水害為采空區(qū)積水。因早期小窯較多，開采歷史久遠，開采無序，存在越界開采現象。三采區(qū)位于騰暉井田東部，主要開采2 號煤層，該采區(qū)走向長約3 km，傾向長約1.8 km，采區(qū)面積約為3.616 km2，整體為一不規(guī)則的多邊形，開采水平+330 m，煤層標高+325～ +620 m，地面標高+623～ +842 m，埋藏深度150～470 m。根據井下探放水、井下疏放水點情況結合井下巷道實測圖紙，分析三采區(qū)內存在4 處采空積水區(qū)，積水區(qū)總面積0.256 35 km2，具體積水量不詳，對回采工作面的掘進工作產生了一定的阻礙作用。

2 水文地質條件與礦井充水主控因素分析

礦井主要的充水水源有煤層頂板含水層充水、底板奧灰?guī)r溶水和同層老空積水。煤層頂板含水層充水一般不具有突發(fā)性，單位涌水量小。本區(qū)地勢坡度大，無長存地表水體，沖積層不發(fā)育，正常情況下淺表層水的充水強度有限，但是由于采動影響形成的塌陷與裂隙成為礦井的主要水害隱患之一。騰暉煤業(yè)及礦井周邊老窯水及奧灰?guī)r溶水仍然是防治水的重點，也是礦井充水的重要因素。所以，礦井充水的主控因素是奧灰水與采空老窯水。

2.1 礦井及周邊采空區(qū)積水、老空水

該礦采空區(qū)積水位置、積水量清楚，掘進及回采前按照相關規(guī)程、規(guī)定對采空區(qū)積水進行有效疏放，注意隱伏構造、斷層導水，加強探放水工作，即可保障安全，消除隱患。三采區(qū)的原海圣煤礦小窯破壞區(qū)積水探查，工作面掘進期間受5 座小煤窯及4 處積水區(qū)威脅。三采區(qū)巷道掘進期間，除了執(zhí)行老空水防治“四步工作法”，需要加強小煤窯破壞區(qū)域“長探+短探（班班自探）+長探孔痕跡管理”綜合探測，確保掘進期間的安全，需要技術、經濟上的投入較大，需投入的防治水工程周期長，工作量大。

2.2 頂板太原組石灰?guī)r含水層

主要有K2、K3 和K4 三層灰?guī)r，下組煤層采動垮落導水裂隙帶以及原生斷裂，是頂板主要的充水通道。不過由于補給條件相對較差，充水強度比較弱，通常對礦井不構成水害。一些斷裂構造發(fā)育的區(qū)段可能成為導水或儲水構造，揭露時可能發(fā)生初始流量較大的突水。

2.3 奧陶系石灰?guī)r含水層

采掘工程大部位于奧灰?guī)簠^(qū)域，突水系數在0～0.029 MPa/m 之間，雖然帶壓突水系數小于0.06 MPa/m，由于三采區(qū)內存在F1、F2、F4 斷層，可能會對煤層底板的完整性造成破壞，這種情況很有可能導致地下水通過斷層、鉆孔等導水通道涌入礦井，造成巨大的礦井安全生產隱患。

上述所有工作面水量均以靜儲量為主，開采中剛剛揭露時淋水較大，隨著工作面延伸與時間推移，淋水逐漸減少。所以，對于騰暉煤業(yè)煤層開采而言，只要按規(guī)定做好防排水系統(tǒng)建設，特別是要增大工作面防排水系統(tǒng)能力，能夠有效抵御含水層水帶來的影響。

3 巷道掘進防治水方案研究

3.1 探放老空積水技術方案

在工作面開始掘進前需對巷道設計200 m 范圍內的小窯破壞區(qū)、積水區(qū)進行全面調查，針對老空區(qū)積水，采用長探、短探相結合的方式進行探測并安全疏放老空區(qū)積水。

3.1.1 鉆孔設計方案

（1）在警戒線圈定以外區(qū)域，按照掘進鉆探“有掘必探”的工作要求，結合地面、井下物探成果，實行基本鉆探方式。按巷道的設計方向，設計鉆孔成扇形布置，按照鉆探有效深度100 m，超前安全距離控制30 m，幫距控制30 m，允許掘進距離70 m的要求，布置5 個鉆孔進行方案設計，如圖1。

圖1 探水鉆孔的布置方式、數量和夾角大小（Ⅰ）（m）

（2）針對警戒線以內、探水線以外的過渡區(qū)域，首先需要設計鉆孔成扇形布置，按照鉆孔有效深度60 m，超前安全距離需要控制在30 m，幫距則控制在30 m，允許掘進距離30 m 的要求，布置9 個鉆孔，煤層賦存方向需要布置5 個孔，垂直方向的前進方向正中則需要布置3 個孔，左右兩側各布置2 個孔。若長探鉆孔在鉆探60 m 以內出現卡鉆、不返水或者見空等情況，需探查清楚采空破壞區(qū)范圍、積水積氣情況，在探查清楚并確保無水害威脅后，按照貫通管理揭露采空破壞區(qū)，如圖2。

圖2 探水鉆孔的布置方式、數量和夾角大小（Ⅱ）（m）

（3）在探水線以內區(qū)域，按照《煤礦防治水細則》規(guī)定：若老空位置比較明確，工作人員應有針對性地進行專項探放水設計方案，獲得批準后實施；如果老空位置并不清晰，探水鉆孔成組布設，以扇形呈現在巷道前方的水平面和豎直面內。鉆孔終孔位置也有要求，必須在滿足水平面間距的同時小于或等于3 m，如果是厚煤層內，各孔終孔的豎直面間距也有要求，不能大于1.5 m。

（4）掘進工作面短探管理，“短探”是指為了彌補“長探”盲區(qū)而采取的補充鉆探措施，一般鉆探深度較小，施工時間短，探測效果明顯。受小煤窯威脅的區(qū)域必須嚴格執(zhí)行“長探+短探，短探納入掘進作業(yè)工序，班班落實自探”的規(guī)定，具體按照礦總工程師批準的短探設計組織實施。

（5）對鉆孔進行痕跡管理，每班對鉆孔位置進行交接班，并建立臺賬，發(fā)現鉆孔入幫或丟失及時匯報，鉆探盲區(qū)超出可控范圍及時停掘采取補探措施。

3.1.2 疏放采空區(qū)積水

探放水鉆孔在探測到采空破壞區(qū)或者采空積水區(qū)后，需探查清楚破壞區(qū)邊界位置及破壞區(qū)內積水情況，并對積水進行專項疏放。疏放老空水時，為提高鉆探成果精準度，鉆探過程中推廣應用YZG7礦用鉆孔軌跡儀和鉆孔窺視技術，精準把控鉆孔的軌跡圖形以及深度、傾角、方位角數據實現精準預測鉆孔的見煤、見空、見水位置及標高。疏放過程中，詳細記錄放水量、水壓動態(tài)變化及有毒有害氣體涌出情況（疏放水期間水量未穩(wěn)定前每天觀測一次，水量穩(wěn)定后一旬觀測一次）。

放水結束后，采用鉆探方法對放水效果進行驗證，以保證積水疏放干凈。在采空破壞區(qū)內積水疏干放凈后，以最短見空鉆探距離為允許掘進距離，超前距按下式計算：

式中：a為超前距（或幫距），m；A為安全系數，一般取2～5；L為巷道的跨度（寬或高取其大者），m；P為水頭壓力，MPa；kp為煤的抗張強度，可由試驗測定，一般采用0.2～1.4 MPa，在無實測資料時可供參考。所有探放水鉆孔在設計中必須安設止水套管，止水套管長度按照預計采空積水水壓、煤巖層厚度、煤巖層抗張強度進行確定，但不得小于6 m。

3.2 效果分析

騰暉礦三采區(qū)回采巷道掘進過程中面臨的主要威脅即為小煤窯開采破壞區(qū)及內部積水，物探方式僅能大致確定小煤窯開采破壞區(qū)范圍。為此，在騰暉礦三采區(qū)回采巷道掘進采用“長探+短探（班班自探）+長探孔痕跡管理”綜合超前探水技術，通過長探掌握掘進巷道前方地質資料，短探可實現長探盲區(qū)探測，避免出現誤揭小煤窯采空區(qū)問題，同時實現采空區(qū)積水超前疏排；痕跡管理可有效避免假鉆孔或者鉆進不到位等問題，提高鉆孔施工可靠性。采用長探+短探對老空積水進行專項干凈疏放，布置的放鉆孔共計排放老空積水超過30 萬m3，通過超前探測使得三采區(qū)回采巷道掘進工作面能夠安全高效掘進，同時避免了涌水事故的發(fā)生，表明該探放水技術方案起到了很好的效果。

4 結論

本文以騰暉礦三采區(qū)準備巷道地質條件為基礎，為解決掘進工作中出現的涌水問題，對礦井涌水的主控因素進行分析，確定了影響掘進的主要因素為奧灰水與采空老窯水。針對開拓范圍內積水情況，設計出騰暉礦三采區(qū)準備巷道掘進過程中探放水技術措施并在現場進行了有效實施，驗證了“長探+短探（班班自探）+長探孔痕跡管理”綜合超前探水技術方案具有很好的應用效果，對煤礦的安全生產具有重要的借鑒意義。