采空区探放水安全技术措施研究分析

原国栋

(山西煤炭运销集团阳城大西煤业有限公司,山西 晋城 048100)

1 概述

山西煤炭运销集团阳城大西煤业有限公司3023工作面南面邻3021采空区；西面为胶带大巷；东面为矿界保安煤柱。工作面设计走向长度为664 m，倾向长度180 m，工作面回采煤层为3#煤层，煤层平均厚度为3.79 m，平均厚度为4°，根据《山西煤炭运销集团大西煤业有限公司矿井兼并重组整合项目初步设计》，3023综采工作面采煤方法选择为走向长壁后退式采煤法，全部自然垮落法管理顶板，截止目前工作面已回采270 m。

3023工作面与3021采空区预留保安煤柱宽度为25 m，由于3023工作面南部为3021采空区，工作面回采后密闭时间较长，采空区冒落后上覆裂隙岩体为3021采空区主要涌水通道，通过物探及三维地震探测发现，在3021采空区252 m～377 m处低洼段存在积水，预计积水量为3 284 m3,水压为0.08 MPa；受3021采空区积水影响，3023工作面回采至264 m处位于回风顺槽采空区侧煤柱出现渗水现象，渗水量达2.3 m3/h,为了保证工作面回采安全，决定对3021采空区采取探放水施工。

2 3021采空区探放水设计方案

2.1 探放水设备选择

3021采空区探放水采用液压架柱式回转钻机，选用长度及直径分别为1.5 m及42 mm的钻杆，整个探放水工作共需钻杆50根；需四个的75 mm合金钻头；三个直径为150 mm扩孔钻头；孔口管需要三根，长度及直径分别为1.5 m及42 mm，此外还要压力表、阀门等其他配件[1-2]。

2.2 钻孔设计

1) 根据现场的实际地质条件，施工人员在钻场施工三个放水孔，相邻钻孔之间的距离为1 m且平行布置。钻孔按设计要求布置在距离底板往上1 m，钻孔的深度设计为65 m。1号孔与煤壁垂直，2号孔与煤壁保持3°的仰角，3号孔与巷帮保持8°的仰角。采空区探水钻孔布置参数，如表1所示。

表1 3021采空区探水钻孔布置参数表

2) 施工人员在进行探放水作业时首先要钻上部孔，当上部孔的水量降低后在钻中部孔，当中部孔的水量降低后在钻下部孔；当每个钻场打孔完毕后要在其前后50 m内钻三组检验孔，每组打2个检验孔，两个检验孔分别在距离底板往上1 m及1.2 m处，如发现检验孔内的水量较大且没有减弱的迹象时，需在检验孔附近继续布置钻场进行探放水作业。

2.3 探水钻孔封孔工艺

由于3021采空区与3023工作面预留的煤柱属于石炭系煤层煤层，煤质较软且松，为了避免放水期间出现钻孔塌孔现象，决定对探水钻孔采用封孔器、膨胀水泥及聚氨酯联合进行封孔，如第116页图1所示。

图1 3021采空区探水钻孔封孔示意图

1) 施工人员使用导向钻孔向煤壁内钻进12 m后再使用三翼扩孔钻头对钻孔进行扩孔，三翼扩孔钻头的直径为150 mm，扩孔后施工人员需及时将孔内的煤尘进行清理并在孔内安装孔口管，并采用丝扣对孔口管进行固定[3]。

2)孔口管安装完毕后，施工人员使用注浆泵向孔口内部注入膨胀水泥；膨胀水泥注入完毕后，施工人员使用封孔器及封堵囊袋对封孔端头进行封堵。

3) 施工人员在使用注浆泵向封堵环形空间注入聚氨酯浆液，注浆的压力必须大于2 MPa，注浆时施工人员要确保浆液能够完全机内钻孔及煤壁裂隙内，待孔口由浆液流出时停止注浆，同时在钻孔附近用膨胀水泥进行封孔[4]。

4) 施工人员在完成上述操作后的六小时对封孔进行观察，当封孔无异常后对封孔作耐压试验，试验时的注水压力必须大于1.5 MPa，注水时间需大于半小时，观察封孔无渗水、无窜动时方可认定封孔有效。

3 探放水安全技术措施

1) 施工人员在进行探放水前需对区域内的排水系统进行排查，并对排水管路及设备进行检查，对管道的淤泥及时清理。

2) 在钻场附近需安装一部与指挥大厅直接通话的设备，钻场周围需安排有经验的员工进行敲帮问顶，做好钻场周围的支护工作，在顶板破碎区域安装临时支护。

3) 钻孔过程中需严格按照设计要求进行，同时安排专业技术人员对钻孔的放水量及水压进行观察，随时判断积水情况[5]。

4) 钻孔过程中在随时测定采空区的有害气体，并在钻孔前安装瓦斯、温度、一氧化碳等监控设备，严禁人员及车辆在钻孔下风处活动。

5) 如钻孔过程中遇到卡钻及顶钻事故时要立即停机进行检查，待故障排除后方可继续进行作业；如在钻孔的过程中有气体涌出要及时采取相应的技术措施，眼睛拔钻。

6) 为了提高钻场附近顶板稳定性，可采用L型钢棚对钻场周围进行临时支护，架设临时支护工艺如下：采用的“L”型钢棚两边的长度分别为3.5 m及1.5 m，并在两边施工一个25 mm的圆孔；采用地锚将钢棚棚腿与底板进行紧固，并采用螺纹钢锚杆将钢棚与顶板紧固；待钢棚全部安装完毕后，施工人员采用水泥背板将钢棚与巷帮的间隙进行填充。

4 结语

大西煤矿分别在3023回风顺槽275 m、315 m以及365 m段各施工一个探水钻场，共计施工9个探水钻孔，通过探放水施工现场观察发现，每个钻孔为湿孔，共计放水量为3 277 m3，探放水施工完成后施工两个校验钻孔全部为干孔；采取探放水施工后完全消除了3021采空区水害隐患，避免了水害事故发现，保证了3023工作面安全快速回采，取得了显著应用成效。