煤矿掘进工作面上覆老空积水探放技术

左修波++刘永鑫

摘 要：文章针对山东鑫国煤电有限责任公司井下掘进过程中上覆采空区积水的探放，有效解决了采空区积水威胁， 实现了工作面的安全生产。同时文章分析了水害存在的原因和治理措施，取得了明显的技术经济效果，对类似矿井老空区水害治理具有参考意义。

关键词：上覆采空区；老空积水；探放水技术

矿井水害事故是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一，而采空区突水约占煤矿水害事故的80%。采空区突水具有时间段、水量大、破坏性强等特点，所以对煤矿采空区积水探放是矿井防治水的重要任务之一。

1 工作面概况及水患分析

山东鑫国煤电有限责任公司9204工作面位于9200采区的西北部，为一单斜构造，走向：260°～20°，倾向：170°～290°，倾角：2°～5°，平均倾角3°。本面位于 f13、GF1断层防水煤柱与GF22断层防水煤柱之间，东至GF22断层防水煤柱，西至 f13、GF1断层防水煤柱，南至9200轨道石门，北至F3-1断层防水煤柱。9204工作面直接顶板以灰色泥灰岩为主，厚0～2.7m，平均1.26m，裂隙发育，局部富水性强，掘进期间局部泥灰水将以淋水的形式影响巷道施工。老顶为灰色粉砂岩，含细粒FeS2 ，具水平层理，含植物化石碎片。

9204工作面上覆8204工作面底板徐灰经注浆后已安全回采，受构造影响，上下巷道施工期间起伏较多，采空区局部不具备自然泄水条件，老空区怀疑存有积水。为确保9204工作面安全掘进，解除掘进前方老空水患威胁，根据《煤矿防治水规定》，“预测预报，有疑必探，先探后掘”的防治水原则，需对8204采空区进行超前探放水工作。

2 老空水的成因及估算

2.1 老空水成因

8204工作面煤层直接顶为灰至深灰色灰岩（四灰），厚2.54～7.13m，平均4.97m，质地坚硬，裂隙发育，为极丰富到中等的含水层。下伏徐灰厚6.22～9.44m，平均7.48m，上距8煤平均33.2m，徐灰质纯致密，浅部岩溶裂隙发育，富水性强。由于断层的升降和其导水性影响，徐灰成为四灰的直接补给水源，是8204工作面老空区的主要水源层。

2.2 老空积水区的估算

估算老空积水范围积水量是探放水设计的重要一环，根据收集资料，在采掘工程平面图上深入分析研究确定8204工作面水仓为积水区域，积水标高为-219.1～-219.9m。计算公式如下：

Q积

式中： Q积---- 老空积水的积水量

K ----- 采空区积水平面积， m2 取884.8m2

M----- 采空区的平均采高，m 取 2.1

F-----采空区充水系数0.3～0.5 取 0.4

α-----煤层倾角 取 4°

通过计算8204工作面采空区积水量约为750.7 m3

3 探放老空水技术方案设计

3.1 方案确定

本次钻探采用SGZ-IB150型钻机进行钻孔，钻孔呈扇形布置，原则上设计2个方位，全部控制上部采空区，一个方位布置3个钻孔，钻孔开孔孔口间距和排距不小于0.5m，终孔控制积水区下部、中部和上部，下部钻孔终孔位置一般为采空区底部浮煤上部，钻孔设计深度40～60m。

为确保9204工作面安全掘进，在9204工作面钻场内探放8204采空区积水。探放水工程结束前，9204工作面运中迎头至积水区前30m停止掘进。由于9204工作面局部不具备自然泄水条件，已在低洼处水仓安设BQW100-28-15潜水泵（流量100 m3/h，扬程28m，功率15KW）2台，采用双回路供电，排水能力满足钻探工程需要。

3.2 钻孔布置

根据上覆采空区积水实际情况，设计钻场位于9204工作面运中迎头退后3m，钻场规格：长6m，宽2.8m，高2m。

3.3 安全技术措施

（1）探放水前，施工人员加固好钻场内巷道支护，钻机严格按设计方位固定牢固，安装调试好钻机，清理好泄水路线。

（2）一级套管为Φ108mm无缝钢管并注浆固结，长度为12m，钻孔下入套管后用水泥、玻璃水双液浆进行封固，水泥浆比重1.5～1.8 ，套管下置越浅要比重越大；玻璃水用量以每100kg水泥加入10kg为宜，用水泥浆封固，水泥凝固后作耐压试验，压力值为2.0MPa，持续时间不少于30分钟，耐压试验时孔口及围岩壁无漏水、渗水、套管无松动、退出等异常现象视为合格，否则重封，套管试压合格后，在孔口管上安设好止水闸阀。

（3）护孔管封固合格后，要用Φ71mm钻头钻进直至终孔。

（4）施工地点要配备专职瓦斯检察员检测瓦斯，负责探水施工过程中的安全工作，出现异常及时汇报处理。

（5）在第一个钻孔眼出水后，根据水流量的大小，有技术人员再决定是否打下一个眼。可根据实际情况，对钻孔数量适当增减，防止出现下巷存有积水现象。探眼无水时，必须用黄泥封固，防止有害气体涌出和煤层自燃。

4 钻孔施工过程

（1）施工第一个钻孔放1孔，方位24°，倾角+11°，0～12m为Φ110mm，下Φ108mm无缝钢管制作的套管10m，外上长度为1m的Φ108mm孔口管一个，并注浆固结。然后改为Φ71mm钻头继续钻进，钻进43.7m钻透8204采空区积水区上部位置，停止钻进，初始涌水量约为18 m3/h，并伴有臭鸡蛋味，0.5小时后，水量稳定，拔出钻杆，涌水量22 m3/h，1小时后钻孔水量衰减至1 m3/h左右。

（2）继续施工第二个钻孔放1-2孔，方位24°，倾角+13°钻进41m钻透8204采空区积水区下部位置，停止钻进，初始涌水量约为35m3/h， 1小时后水量稳定，拔出钻杆，涌水量45m3/h，3小时后钻孔水量稳定在43m3/h左右，16小时后，钻孔水量衰减至23 m3/h。

（3）改变钻进方位，继续施工第三个钻孔放2-2孔，方位18°，倾角+12°钻进42.3m钻透8204采空区积水区下部位置，停止钻进，终孔水量10m3/h，拔出钻杆后，拔出钻杆，涌水量12m3/h。

5 探放水效果

经过2天的施工，顺利完成了9204掘进工作面钻孔施工工作。共施工钻孔3个，经过3天的观测，放1-2孔和放2-2孔水量基本稳定在2 m3/h左右，工作面累计放水量800 m3左右。现老空区内静积水已放净，老空区内含有动水，动水量2 m3/h。分析认为由于断层的升降和其导水性影响，徐灰为采空区的补给水源为2 m3/h，通过探放基本解除了该工作面上覆采空区积水的威胁，9204工作面可以恢复掘进。

6 结语

为顺利探放老空积水，应做好探水钻孔施工的前期准备工作，根据采空区资料估算好积水量，制定切实可行的施工方案及安全措施，施工过程中应根据钻探情况及时调整钻孔数量，确保水患排除。

山东鑫国煤电有限责任公司根据工作面实际情况及老空水的赋存状况，制定了切实可行的探放水措施及实施方案，成功运用SGZ-IB150型钻机探放8204采空区积水，消除了工作面水患威胁，防止了水害事故的发生，确保了工作面的安全掘进，为煤矿老空水治理积累了经验。

作者简介： 左修波（1983-） ，男，山东惠民人，水文地质助理工程师， 本科学历，毕业于山东理工大学。endprint