鎮(zhèn)城底礦復(fù)采殘采地質(zhì)防治水技術(shù)研究

高曉崗

（西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030053）

1 礦井概況

鎮(zhèn)城底礦井田位于西山煤田西北邊緣，井田南北長(zhǎng)約3.6km，東西寬約5.9km，井田面積17.8km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力190×104t/a，現(xiàn)主要開采2#、3#和8#煤層。作為西山煤電的主力礦井，井田西部分布有西山義城煤業(yè)、華潤(rùn)大雁礦、天池店煤業(yè)三座資源整合礦井。18105工作面現(xiàn)開采8#煤層，煤層平均厚度4.07m，受小窯采掘破壞影響，8#煤層上分層形成部分空巷和采空區(qū)，老空積水形狀極不規(guī)則，分布空間錯(cuò)綜復(fù)雜，老空水為礦井主要水害威脅。地表水系屬汾河水系，流經(jīng)鎮(zhèn)城底礦東北部邊界外側(cè)，以縱向侵蝕為主。礦井煤層埋深較淺，且存在季節(jié)性洪水、礦井含水層涌水現(xiàn)象十分常見，涌水量和涌水水壓較大。

鎮(zhèn)城底礦18105 回采工作面位于井田西北部距邊界20m，界外有小窯井筒，最近距離35m。正副兩巷在掘進(jìn)期間實(shí)施“長(zhǎng)探+短探+班自探”揭露小窯空巷36處，煤壁大范圍滲水及鉆孔出水，掘進(jìn)期間已疏放積水23000m3。工作面在回采期間面臨小窯老空積水威脅。在回采前，對(duì)18105工作面專項(xiàng)探放水布置100個(gè)鉆孔，其中工作面內(nèi)部51個(gè)（包括物探異常區(qū)設(shè)計(jì)9個(gè)孔），外圍49個(gè)，鉆探總進(jìn)尺4572m，排除了大面積老空積水威脅。但由于受小窯破壞影響，專項(xiàng)鉆探時(shí)均鉆探到小煤窯破壞區(qū)，出現(xiàn)不回水及卡鉆現(xiàn)象，鉆孔無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度而未有效打穿物探異常區(qū)，未能完全符合“有采必探、有掘必探”的防治水規(guī)定。工作面留有鉆探盲區(qū)，面臨獨(dú)頭巷道積水及物探異常區(qū)積水威脅。在工作面回采期間，接近物探異常區(qū)或者透水征兆區(qū)域，通過(guò)在工作面切巷進(jìn)行鉆探，鉆孔布置形成網(wǎng)格化，將異常區(qū)域分割在小范圍網(wǎng)格內(nèi)，并留設(shè)超前距離，排除水害威脅，確保工作面安全回采。項(xiàng)目的順利實(shí)施，對(duì)礦井防治水安全管理有著重大意義，老空水超前有計(jì)劃疏放，杜絕老空透水事故。

2 復(fù)采巷道掘進(jìn)防治水技術(shù)

2.1 復(fù)采巷道掘進(jìn)物探設(shè)計(jì)

探查巷道迎頭前方100m 范圍內(nèi)頂?shù)装搴畬痈凰浴⑿「G開采破壞情況，為工作面提供詳細(xì)水文地質(zhì)資料。選用YCS512 型瞬變電磁儀進(jìn)行瞬變電磁超前探測(cè)。測(cè)點(diǎn)布置：18105工作面迎頭，發(fā)射、接收線框沿水平、垂直方向呈扇面布置。采用中心回線裝置，發(fā)射線框采用多匝1.5m×1.5m 矩形回線。探測(cè)分水平和垂直兩個(gè)方向掃描，水平方向主要控制巷道兩側(cè)幫及前方的含水構(gòu)造，垂直方向主要控制頂板、底板及前方的含水構(gòu)造。水平方向掃描左右各50°范圍，每10°一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共11 個(gè)測(cè)點(diǎn)，垂直方向相似，掃描上下各50°范圍，每10°一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共11 個(gè)測(cè)點(diǎn)。瞬變電磁法超前探測(cè)示意圖如圖1所示。

2.2 復(fù)采巷道掘進(jìn)長(zhǎng)探設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)及要求

掘進(jìn)工作面設(shè)計(jì)8 個(gè)長(zhǎng)探鉆孔，鉆孔長(zhǎng)度為60m，幫距為20m，超前距30m。探水鉆孔按扇形分布,施工順序：1#→8#。掘進(jìn)工作面長(zhǎng)探鉆孔參數(shù)如表1所示。

表1 掘進(jìn)工作面長(zhǎng)探鉆孔參數(shù)表

根據(jù)物探結(jié)果，確定鉆探重點(diǎn)區(qū)域，正常煤層布置6 個(gè)孔，重點(diǎn)區(qū)域布置8～10 個(gè)孔，孔長(zhǎng)設(shè)計(jì)60m，超前距留30m，幫距控制20m；嚴(yán)格按設(shè)計(jì)畫眼定位，探孔角度不得超過(guò)設(shè)計(jì)±3°，不合格必須重新補(bǔ)打。打鉆時(shí)，若出現(xiàn)遇采空卡鉆，補(bǔ)充增加探孔數(shù)量，探清空巷準(zhǔn)確位置，按有計(jì)劃揭露空巷貫通管理；打鉆時(shí)，若出現(xiàn)鉆孔出水，補(bǔ)充探孔設(shè)計(jì)，增加探孔數(shù)量，有計(jì)劃控制放水量，確定積水威脅解除，方可恢復(fù)掘進(jìn)。嚴(yán)格控制掘進(jìn)距離和幫距；根據(jù)實(shí)際鉆探的數(shù)量、角度、深度，及時(shí)填繪1∶100大樣圖，按幫距不小于10m要求，嚴(yán)格控制允許掘進(jìn)距離。長(zhǎng)探結(jié)束，孔號(hào)實(shí)行插桿編號(hào)管理，做到鉆探留痕，工作面長(zhǎng)探孔若入幫入頂，剩余孔少于2個(gè)，必須補(bǔ)孔打鉆。長(zhǎng)探鉆探點(diǎn)實(shí)行，實(shí)行掛牌管理；定期不定期觀測(cè)出水點(diǎn)水量變化情況，出水量及時(shí)填入觀測(cè)牌板。

2.3 復(fù)采巷道掘進(jìn)短探設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)及要求

掘進(jìn)工作面短探鉆孔布置圖如圖2 所示。探測(cè)迎頭前方長(zhǎng)探盲區(qū)，鉆孔按扇形布置3個(gè)鉆孔，孔深5m，超前距3m，探五掘二。每個(gè)鉆孔距離底板不低于1.8m；1#、3#鉆孔距離左右?guī)透?.5～1.0m，在水平方向與煤幫的夾角為30°，與巷道豎直方向的仰角為20°，2#鉆孔與巷道的掘進(jìn)方向一致，與巷道豎直方向的仰角為20°。

掘進(jìn)面在長(zhǎng)探打鉆基礎(chǔ)上，同時(shí)要嚴(yán)格執(zhí)行短探，納入掘進(jìn)作業(yè)工序，每班落實(shí)自探；工作面上分層有采空，下分層為實(shí)體煤，短探眼布置3 個(gè)孔，探下分層老空；工作面為實(shí)體煤，短探眼布置5個(gè)孔，其中3個(gè)孔探上分層老空，2 個(gè)孔探下分層老空。工作面頂板有淋水、長(zhǎng)探孔有滲水等特殊情況，確認(rèn)前方無(wú)積水威脅，短探眼布置6個(gè)孔。短探執(zhí)行“探五掘二”，即探5m，無(wú)異常，只準(zhǔn)往前掘進(jìn)2m；工作面遇大采空等特殊情況，不需短探時(shí)，經(jīng)總工程師同意。鉆探工具配置：采用ZQS-50/1.8S 手持式氣動(dòng)鉆機(jī)，鉆桿長(zhǎng)5m、?32mm，鉆頭?42mm；工作面配備鉆頭3 個(gè)，鉆桿2 根，封孔圓木楔10 個(gè)。短探檢查納入工作面開工許可條件之一。探眼施工時(shí)，眼深必須達(dá)設(shè)計(jì)要求，如打鉆遇老空、破碎帶，眼深達(dá)不到設(shè)計(jì)，必須在距該眼30cm 周邊重新補(bǔ)打；若補(bǔ)打2個(gè)眼仍達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，方可不再補(bǔ)打。短探眼角度允許偏差值±3°，眼深不小于設(shè)計(jì)20cm，不合格眼必須重新補(bǔ)打，探眼符合要求。短探眼超前距必須保證不小于3m，否則不得掘進(jìn)。短探時(shí)，發(fā)現(xiàn)鉆眼水壓、水量突然增大、頂鉆等透水征兆時(shí)，根據(jù)變化情況，采取補(bǔ)打長(zhǎng)探眼等措施，確認(rèn)無(wú)水害威脅后，方可恢復(fù)正常掘進(jìn)。

2.4 復(fù)采工作面實(shí)施“網(wǎng)格化”鉆探設(shè)計(jì)

18105 回采工作面推進(jìn)至距離物探異常區(qū)20m時(shí)，停止回采進(jìn)行網(wǎng)格化鉆探。在工作面切巷針對(duì)物探異常區(qū)布置鉆孔與工作面垂直，孔間距3m，孔深設(shè)計(jì)長(zhǎng)度覆蓋異常區(qū)。鉆機(jī)采用ZQJC-200/5 氣動(dòng)鉆機(jī)，該鉆機(jī)小巧輕便，使用直徑為?34mm長(zhǎng)1.0m的鉆桿，鉆頭直徑?45mm。經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證無(wú)水害威脅，下發(fā)允許回采通知單，繼續(xù)回采通過(guò)異常區(qū)。

回采工作面圈出后，根據(jù)物探成果報(bào)告，編制鉆探驗(yàn)證設(shè)計(jì)；物探異常區(qū)，鉆孔間距為10m；正常區(qū)段鉆孔間距為50m，確保鉆孔對(duì)工作面全面覆蓋；鉆探驗(yàn)證時(shí)，因采空卡鉆長(zhǎng)探未覆蓋的區(qū)域，實(shí)行網(wǎng)格化補(bǔ)探；按照鉆孔間距3m，在切巷內(nèi)沿推進(jìn)方向長(zhǎng)探，超前安全距不少于20m；回采面出現(xiàn)透水預(yù)兆，必須立即停止推采，對(duì)工作面進(jìn)行網(wǎng)格化打鉆放水，打鉆放水情況進(jìn)行安全許可評(píng)價(jià)，只有解除積水威脅后，方可恢復(fù)工作面正常推采。

3 結(jié)論

鎮(zhèn)城底礦18105工作面由于受小窯破壞影響，專項(xiàng)鉆探時(shí)均鉆探到小煤窯破壞區(qū)，出現(xiàn)不回水及卡鉆現(xiàn)象，鉆孔無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度而未有效打穿物探異常區(qū)。通過(guò)“長(zhǎng)探+短探+班自探”實(shí)踐，在工作面順槽巷道掘進(jìn)2950m，鉆探進(jìn)尺28528m，超前長(zhǎng)探96 次空巷及采空區(qū)，其中探出積水老空21 次，疏放積水2.88×104m3，解決在正副兩巷打鉆留有鉆探盲區(qū)，在18105工作面回采期間，接近物探異常區(qū)或者透水征兆區(qū)域，通過(guò)在工作面切巷進(jìn)行鉆探，鉆孔布置形成網(wǎng)格化，將異常區(qū)域分割在小范圍網(wǎng)格內(nèi)，并留設(shè)超前距離，排除水害威脅，保證礦井回采工作面的安全生產(chǎn)。