对工作面上组煤老窑水害分析及探放水技术应用

文/曲建光

庞庞塔煤矿是霍州煤电集团年产量达到300万吨的大型现代化矿井。庞庞塔矿有5号、10号两层稳定可采煤层。10号煤层开采过程中，主要水害类型有：奥灰水、太灰水、老窑水、上覆岩层裂隙水和地表水，其中上覆岩层裂隙水和地表水对矿井安全生产影响较小，对安全生产构成直接威胁的主要水害是上组5号煤层（原庞庞塔小煤窑的老窑积水）。

10-702综采工作面布置前，通过对老窑水害分析，制定了科学合理的探放水方案，严格执行探放水措施，成功排除了老窑积水对10-702综采工作面的威胁，确保了该工作面综放开采的顺利开展。

一、10-702工作面水害分析

1.工作面情况

10-702综采工作面开采太原组中下部10号煤，地表位于双叶则村北部，麻则沟东部，属于高山丘陵区，以侵蚀黄土梁峁，其次为黄土沟谷地貌中的冲沟，地表标高为1200～1350m，盖山厚度为322～409m。井下位于10号煤七采区三条上山右翼，东部为未开采的10-704工作面，西部为10-702泄水巷，南部以双叶则村保安煤柱为界，北部为已回采的10-701工作面，顶部为由原庞庞塔小煤窑开采5号煤采空区。

2.水害分析

根据山西省煤炭地质148勘查院提交的水文报告，影响10-702工作面的水威胁主要是5号煤采空积水，分析如下：

（1）10-702工作面顶板距离5号煤采空区约50～60m，冒落带最大导水裂隙高度为84.82m。（2）经过对5号煤采空区的调查，F1、F2点存有少量积水；F1点为5-112工作面积水区，该点为原运输巷最低点，预计存有少量积水，在5-112工作面回采前已对F2点进行打钻放水，并疏放出积水，由于没有施工到最低点，仍然有少量的积水存在。（3）原庞庞塔小煤窑开采5号煤采空区范围大，开采当时涌水较大，小煤窑废弃时间长。

3.老窑积水量估算

结合原庞庞塔矿采掘图分析，积水大多在原庞庞塔矿井，预计水位线位于+970m等高线下，积水面积282000m2，初步估算旧井积水量为：W=KSM=0.5×282000×2.5=352500m3。

式中，W：旧井积水的静储量（m3）

K：充水系数，取 0.5；

S：老空区积水水平投影面积，为282000m2；

M：采高，取 2.5m；

二、10-702工作面探放水技术应用

为了安全开采10号煤，庞庞塔矿决定在10-702工作面开展探放水工程，对10号煤顶板上旧矿5号煤采空积水进行疏放。

1.钻孔设计

（1）钻孔位置选择

钻孔施工所在的巷道为10-702副巷和10-702泄水巷。第一个点选在10-702副巷导32#点前5m处，编号为F1；第二个点选在10-702泄水巷导5#点前50m处，编号为F2；第三个点选在10-702泄水巷导12#点前约690m处，编号为F3。

（2）钻孔参数

钻孔孔数。考虑到钻孔所钻岩层、采空区积水情况、钻孔成孔后放水时可能造成堵塞、综合成本和施工难度等因素，决定在F1、F3每处施工三个钻孔，编号为 F1-1、F1-2、F1-3；F3-1、F3-2、F3-3。 在 F2 施工一个钻孔，编号为F2-1。

垂直角度。考虑到钻探施工仰角的限制，初步设计所有钻孔垂直角不超过+40°。

钻孔深度。F1-1、F1-3孔深95米，其他为85米。

（3）钻孔结构

依据《煤矿防治水工作条例》，探水钻孔孔径一般不得大于58mm，考虑到本工程主要目的为疏放水，孔径可适当放大，终孔孔径选用75mm，钻孔开孔位置距巷道底板2.5～3.5m，终孔位置至5上煤采空区。

（4）钻机和孔口管安装

采用SGZ-3A型液压坑道防爆钻机2台，18.5KW防爆电机 2台，DW-350型注浆泵 1台，Φ150mm、Φ113mm、Φ75mmPDC 金刚石钻头，Φ68mm 钻铤（16～32）m，Φ50mm 钻杆 300m， 高压阀门 （Φ108mm,2～4MPa）11个，1.6MPa压力表 11个。

所有钻孔孔口管长度6m，管径为4寸的地质钢管。把购置好的4寸地质钢管加工成2m长的短节，两端车丝扣连接。最外端一根焊4寸法兰盘，安装4寸闸阀并焊压力表接头，以便安装压力表。

成孔后，将孔口管插入孔内，外端安装注浆用盖板，用泥浆泵将配制好的浆液注入管内，待管外出浆后停止。浆液配制用P042.5水泥和专用外掺剂。浆液浓度、凝固时间、注浆压力依现场情况而定。注浆量以孔内饱满为标准。

孔口管注浆固结完后，待浆液龄期过后做耐压试验。用￠65钻头扫孔超过原孔深0.5m安装上孔口盖板，用高压胶管连接注浆泵，用清水进行打压，压力不小于3MP（超过水压2.5～3倍以上），检查孔口周边及巷道无泄漏后，方可钻孔放水，否则，重新注浆、试压，直至达到标准。

2.打钻施工

钻探的主要程序为：整理硐室—确定孔位—固定钻机设备—确定验证开孔方位角、倾角—钻进施工—下入且封固表层套管—检验套管封固质量—钻进、校验钻孔空间位置—钻进至采空区—放水。

孔口装置全部安装好后，进行打钻放水。开钻前，将现场除钻机、钻具等必用的物品以外，其余全部清理出现场，待排水水泵全部能正常运行排水时，逐个打透放水孔。钻孔时，操作人员密切注意孔内情况，防止孔内事故的发生，放水孔打完后，及时冲洗钻孔，疏通煤渣，防止堵孔。

3.排水方案及路线

（1）钻探期间排水方案

副巷钻孔期间排水，在副巷低洼处设排水点，要求该排水点布设排水专线，水泵排水能力不低于每小时80立方米。

泄水巷巷钻孔期间排水，在该巷低洼处设排水点，要求该排水点布设排水专线，安设两台水泵（一台备用），水泵排水能力不低于80m3/h。

（2）放水期间正副巷排水路线

副巷：￠159排水管路—10-1022巷—10#回风上山—10#煤一联巷—10#皮带巷水沟—东区5#水仓—南总回风巷—副斜井￠325排水管路—地面。

泄水巷：￠159排水管路—10-102泄水巷—10#泵房通道水沟—10#煤水仓—南总回风巷—副斜井￠325排水管路—地面。

三、放水情况及结论

该工程于2010年3月14日进行施工，4月5日F1-1号孔揭露采空区并开始放水，测得管口出水量为25m3/h，孔口压力为1.20MPa；随着施工进行，其它各孔陆续竣工放水，至9月4日探放水工程基本完成。预计老空积水为35.25万m3，实际放水量为48.67m3。

放水过程中，放水压力变化明显，钻孔揭露老空5号煤水仓积水最低点初始压力由1.20MPa降至0.48MPa。各个钻孔孔口均有上部老空区流动风涌出。根据物探结果分析，上部积水区域面积明显减少，10-702工作面上部老空积水基本疏放出来，能够满足工作面回采和放顶煤要求。

工程实践表明，庞庞塔矿探放水方案科学合理，探放水工程非常成功，有力地保障了10-702综放工作面的高效开采。