禹州大劉山煤業采空區水害防治技術研究與應用

連志偉

（禹州大劉山煤業，河南 許昌 461670）

1 概 況

水害事故是僅次于瓦斯事故的煤礦群死群傷“第二殺手”，同時也是制約我國煤炭資源安全經濟開采的主要災害之一。由于歷史原因，一些老礦井老空區往往缺乏甚至沒有可靠的技術資料，水情難以分析判斷，并且這種水體分布集中，水壓傳遞迅速，采掘工作面一旦接近，老空積水便可突然潰出，發生透水事故，是煤礦生產過程中普遍存在的一種水害，資源整合、兼并重組后的礦井尤為突出，是煤礦防治水的重點。

禹州市大劉山煤業有限公司（以下簡稱大劉山煤業） 是河南永錦能源有限公司與湖北興鴻基貿易有限公司于2012 年6 月注冊成立的兼并重組礦井，位于禹州市神垕鎮于溝村境內，相鄰煤礦北部為平禹新明煤業，南部為大興煤業，東部為聶家溝煤礦，西部為大興煤業。礦區東西長約1.5 km，南北寬約0.5 km，面積0.769 4 km2。大劉山煤業礦井全井田共劃分為1 個采區，即11 采區，11 采區共布置8 個綜采工作面，礦井目前處于升級改造階段，首采工作面為11060 綜采工作面。大劉山煤業在11 采區+160 m 水平建立了11 采區水倉和泵房，水倉容量890 m3，能夠容納礦井8 h 正常涌水量；11 采區泵房安裝MD-120-6×50 多級離心泵3 臺，排水管二趟φ108 mm 無縫鋼管，沿主井井筒敷設，直排地面，實測排水能力最大309.5 m3/h，能在20 h 內排出礦井24 h 的正常涌水量（礦井正常涌水量20 m3/h），能夠滿足礦井排水需要。

由于大劉山煤業為兼并重組礦井，為了保證工作面安全開采，采用物探與鉆探相結合的方法，對大劉山煤業及其周邊采空區進行探查疏放。

2 采空區分布

2.1 井田內及周邊老窯分布情況

大劉山煤業西南臨郟縣大興煤業，東北與平禹新嶺煤礦相鄰，北臨平煤新明煤業有限公司，周邊礦井相對位置如圖1 所示。

圖1 大劉山煤業四鄰關系圖Fig.1 Relationship of the neighbors around Daliushan Coal Industry

根據調查，大劉山煤業周邊煤礦共有老窯采空區5 處，分別為大興煤業一號采空區，位于井田外西南部；大興煤業二號采空區，位于礦區西南部；大興煤業三號采空區，位于礦區南部；大興煤業四號采空區，位于礦區東南部；神垕鎮聶家溝煤礦采空區，位于礦區東南部，累計采空區面積248 967 m2，如圖2 所示。

圖2 周邊煤礦采空區分布Fig.2 Distribution of goaf in surrounding coal mine

2.2 礦井采空區分布情況

根據調查和《禹州市大劉山煤業有限公司地面瞬變電磁勘探報告》，推測二1 煤老窯采空區4 處，分別為CK01 采空區，位于礦區西北部；CK02 采空區，位于礦區西部；CK03 采空區，位于礦區東部；CK04 采空區，位于礦區東南部，累計采空面積328 478 m2，如圖3 所示。

圖3 大劉山煤業采空區分布Fig.3 Distribution of goaf in Daliushan Coal Industry

3 物探情況

為查明礦區范圍內二1 煤層老窯采空區及積水區分布情況，按照《煤礦防治水規定》第四十條規定，大劉山煤2022 年4～5 月委托河南省煤炭地質勘察研究總院對大劉山煤業井田范圍內及周邊200 m 范圍進行了地面瞬變電磁勘探，預計二1 煤層采空區積水區水量，評價其對二1 煤層采掘活動的影響，探測二1 煤層頂底板主要含水層富水性。

結合地質資料分析提取了二1 煤層、二1 煤層頂板大占砂巖（+20 m）、底板太原組上段灰巖（-15 m）、太原組下段灰巖（-35 m） 和寒武系灰巖（-60 m） 的視電阻率順層切片數據（圖4），排除數據干擾因素后推測較為可靠的低阻異常區3 處，分 別 為DZYC01、DZYC02、DZYC03。DZYC01、DZYC02 和DZYC03 位于本區東南部郟縣大興煤業采空區范圍內，推測是由采空區積水引起的低阻異常。

圖4 二1 煤層瞬變電磁視電阻率平面圖Fig.4 Plane of transient electromagnetic apparent resistivity of No.II-1 coal seam

4 鉆探驗證

結合物探情況，2022 年6 月初在11 采區軌道下山進行了井下掘進工作面鉆探驗證。施工地點為11 采區皮帶下山，11 采區皮帶下山北部為西翼回風巷，南部為原11 采區皮帶下山聯絡巷，東部為11 采區軌道下山，西部為實體煤和二號采空區，11 采區皮帶下山為巖巷，布置在二1 煤層底板中。根據11 采區皮帶下山地質超前探及物探驗證，共設計鉆孔17 個，其中巷道正前方施工了6 個鉆孔，左側施工了6 個鉆孔，右側施工了5 個鉆孔，探明11 采區下部開拓工程掘進前方55 m 范圍及左右兩幫30 m 范圍內的地質和水文地質情況，每個鉆孔均下設孔口管，采用水泥漿固管，如圖5 所示，鉆孔設計參數見表1。

表1 鉆孔設計參數Table 1 Drilling holes design parameters

圖5 11 采區皮帶下山首次地質超前探及物探驗證鉆孔設計Fig.5 The first geological advanced exploration and geophysical exploration verification drilling holes design of belt downhill in No.11 mining area

4.1 鉆孔施工情況

11 采區皮帶下山共測斜6 個鉆孔，GD-1、P-2、P-5 號鉆孔為驗證鉆孔全部測斜，總測斜率35%，其中GD-1 號鉆孔測斜51 m，實際見煤位置較理論見煤位置低1.5 m，偏左1.2 m；GD-5 號鉆孔測斜55 m，實際見煤位置較理論見煤位置高1.1 m，偏左1.3 m；P-2 號鉆孔測斜42 m，實際見煤位置較理論見煤位置低2.9 m，偏右0.8 m；P-4 號鉆孔測斜72 m，實際見煤位置較理論見煤位置低1.0 m，偏右1.9 m；P-5 號鉆孔測斜42 m，實際見煤位置較理論見煤位置低1.2 m，偏左0.9 m；P-7號鉆孔測斜68 m，實際見煤位置較理論見煤位置低2.1 m，偏右2.3 m。

施工過程中，共有6 個鉆孔出水，根據水質化驗結果、出水氣味和出水顏色，判定為老空積水。初始最大水壓0.1 MPa，其中P-1 號鉆孔56 m 處出水，最大出水水量90 m3/h；P-4 號鉆孔73 m 處出水，初始水壓0.060 MPa；P-8 號鉆孔62 m 處出水，初始最大出水量10 m3/h；P-9 號鉆孔61 m 處出水，初始最大出水量76 m3/h；P-10 號鉆孔60 m處出水，初始最大出水量40 m3/h；P-11 號鉆孔58 m 處出水，初始最大出水量40 m3/h；其余施工的鉆孔孔內均無出水。

4.2 老空水疏放

根據實鉆情況、物探成果、水質化驗報告、大興煤礦采掘圖等資料分析，11 采區皮帶下山預掘前方56 m 處為大興煤礦采空區，采空區內存在大量老空積水，老空積水面積75 496 m2，初始老空積水水位標高+125—171 m，初始老空積水量10.16 萬m3。自P-1 號孔鉆探出水后，共疏放水7.9 萬m3，水壓降至0，累計涮孔3 次后鉆孔不再出水，確保疏干放凈。11 采區皮帶下山第1 輪地質超前探及物探驗證共施工3 個驗證鉆孔，3 個鉆孔均未出水，同時鉆探施工結束后進行了瞬變電磁物探驗證，利用鉆探和物探雙驗證確保了工程準確性和可靠性。

5 結 語

禹州市大劉山煤業有限公司為兼并重組礦井，附近老窯多，采空區錯綜復雜和部分地點水文地質情況不明，為保證大劉山煤業安全生產，此次采用物探與鉆探相結合的方法對該礦采空區積水進行探查，圈定了3 處電阻異常區，并施工了17 個鉆孔進行驗證，探明11 采區下部開拓工程掘進前方55 m 范圍及左右兩幫30 m 范圍內的地質和水文地質情況，確定了采空區積水面積75 496 m2，積水量10.16 萬m3。共疏放采空區積水7.9 萬m3，水壓降至0，后又施工3 個驗證鉆孔，確保疏放干凈，保證了后期采掘作業的安全。