资源整合煤矿防治水工作实践与认识

2014-03-26，

采矿与岩层控制工程学报 2014年6期

关键词：老空井田物探

，

(山西中煤东坡煤业有限公司，山西朔州 036000)

资源整合煤矿防治水工作实践与认识

倪向忠，梁忠军

(山西中煤东坡煤业有限公司，山西朔州036000)

分析了资源整合矿井特别是小矿井资料不清(全)、老空区范围、积水不明等问题，介绍了矿井开展小煤矿老空水治理6个方面的工作，以及探放水工程实例，总结了准确钻探的经验，提高了煤矿防治水工作的认识。

资源整合；煤矿；防治水

Practice of Water Disaster Prevention in Resources Integration Mine

山西省煤矿企业兼并重组整合工作从2008年开始，2011年基本结束，全省煤矿总数量从2800多处压缩到1053处，现在大部分资源整合矿井都处于技术改造基建阶段，部分已经进入生产阶段。

整合以前的小煤矿除少量单独保留外，一般都由原来的三处左右整合成一处，这些小煤矿历年开采过程中普遍存在着采掘方法和工艺不规范，采掘工程位置控制差，图纸失真，停产以后积水情况不明，兼并重组整合以后矿井从上至下员工变动很大，新矿井中熟悉井下原来开采情况的人员很少等问题，给矿井防治水工作带来很大压力。由于防范措施不到位，最近几年已发生了数起资源整合矿井老空透水事故，损失巨大，给社会造成负面影响。

为了防范透水事故发生，山西省政府规定了 “预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的防治水原则。各地为了摸清小煤矿老空积水情况，有效实施探放水工作，也都开展了各种卓有成效的工作，本文旨在通过介绍山西中煤东坡煤业有限公司的矿井实践，介绍矿井开展小煤矿老空水治理6个方面的工作，以及探放水工程实例，总结了准确钻探的经验，提高了煤矿防治水工作的认识。

1 矿井基本情况及整合后面临的问题

山西中煤东坡煤业有限公司位于山西平朔矿区南端，于2009年8月整合了周边金坡煤矿、金窑坡煤矿和泉安煤矿后，井田东西长约4km，南北平均宽约2.1km，面积8.3km2，批准生产能力提高到2.10Mt/a，采用斜井开拓方式，开采垂深120～360m。

矿区地表为黄土丘陵区，地形侵蚀切割严重，沟谷发育，黄土层的底部有一定隔水作用，小煤矿开采地表水渗入较少。井田地层倾角3～12°，构造以断层为主，有少量陷落柱。基底奥灰以上地层有本溪组、太原组、山西组和石盒子组，主要可采煤层为太原组4-1煤平均厚度5.39m、9煤平均厚度16.88m和11煤平均厚度3.76m。

整合的周边三处小煤矿建于上世纪七、八十年代，原设计能力都为0.15Mt/a，泉安煤矿开采煤层为9煤，其他两矿开采煤层为4-1煤和9煤，采用仓房式或短壁刀柱式炮采。

该三处小煤矿都存在着生产期间技术人员少、管理粗放，测量精度低，采空区和掘进巷道位置准确控制的较少，提供的图纸很少且其中巷道标高点和煤层底板等高线不吻合，图上的开采范围不可信和采掘层位变化较大，矿井整合过程中小煤矿先后停产关闭，原矿井员工全部外流等问题，所有这些问题造成了整合后小煤矿采空区和巷道位置难于弄清，水流情况和积水范围不清，对本矿井采掘工程存在安全威胁。

2 开展防治水工作

针对本矿实际和整合后面临的防治水任务，本着实事求是、可靠实用和先易后难的原则，开展小煤矿老空水防治工作。

2.1 资料收集调查

在矿井整合过程中，除了收集图纸资料外，安排技术人员尽量多的与原矿人员进行询问交流，不在公开场合时鼓励对方说真话讲实情，同时判断资料的准确度。

在整合手续完成后，由总工程师组织成立了小煤矿调查组，成员包括地质、测量、防治水和设计等专业技术人员，本矿井老技术人员和技术工人，熟悉周边煤矿情况具有人脉关系的联络人。调查组的任务是收集图纸资料，了解小煤矿的测量坐标控制系统，井下主要巷道的测量控制点，工作面巷道施测方法及精度估计，采掘工程层位及位置，构造揭露情况，涌水点及矿井排水量，出水水质及水源，煤质情况等。

调查首先从政府部门开始，一是查阅资料，二是与熟悉有关煤矿的领导和技术人员进行交流，取得指导和帮助。小煤矿的调查采用与个人联系的方式，寻找前往他处的掌握小煤矿真实图纸的人员，或是当时负责采矿、地测专业具体工作的技术人员和技术工人。所有调查资料都汇集到地测科，由专人进行整理，经会审后编写调查报告，并将资料放入全矿井整体图纸中加以利用。如在本矿井生产过程中发现疑问，则及时进行补充调查后修改完善。

2.2 物探工作

根据探测手段，物探先行的原则，首先对用物探探测小煤矿老空和积水情况的可能性进行了调查研究。

本矿于2005年进行了地面三维地震补勘，经过勘采对比，除少量断层控制有效外，资料可靠性较低；2009年进行了地面小煤矿积水区电法探测，效果也不明显。通过调查平朔矿区周边煤矿地面物探情况，以及与科研院所一些专家交流后，认为在本矿区这种典型的黄土沟壑地形条件下，地面物探无论用何种方法，对小煤矿井下积水范围，尤其是小巷道积水情况难以探测清楚。基于以上认识，决定放弃在地面对井下积水进行物探的计划，选择井下探测方案。

井下掘进迎头超前探测，首先选择了直流电法，2013年以后采用瞬变电磁法进行探测。

2.3 钻探

专用钻机钻探是探放水工作的主要手段，严格按照山西省政府的有掘必探、有采必探规定执行，成立专门探放水队，由地测科进行管理，实行探掘分离，钻机探测能力200m以上，始终保持30m以上的掘进迎头超前距离。

因为大钻机探测钻孔布置少，且探测距离长时钻孔偏斜大，而小煤矿巷道都比较小，难以保证钻孔没有疏漏，针对本矿煤层较硬的特点，增加了一种迎头小钻机进行补充探测，该钻机为风动架柱式，轻便灵活，钻进距离30m，在掘进队每天检修班时进行钻进探测，保证超前距离10m以上。钻孔布置采用扇形，设计孔底间距不大于2m，钻杆与迎头锚杆机共用，钻孔直径30mm。

2.4 水源判断

出水水源的判断一直紧密结合着钻探，除了水色、水温、水味和水压等初步判断外，主要依靠水质化验来确定，收集了周边煤矿和本井田历年资料，形成一张水质对比表，将老空水与地层水区别开来，当迎头有明显出水时立即要求停止掘进，只有在确定水源是裂隙水时才允许有限度地掘进，以及采取相应的措施。

2.5 对各小煤矿老空水区别治理

针对三处小煤矿的各自特点，开展了相应的防治水工作。

位于井田西南角的原金坡煤矿，开采过程中与原东坡煤矿巷道相通，对其采取了巷道自然疏放的措施，让其老空水通过东坡煤矿巷道不断输出，经过排水沟进入中央水仓，排出地面。

位于井田西北角的原金窑坡煤矿，处于全井田最高位置，据调查该矿生产期间涌水量小，老空水应以静储量为主，因此采取了疏放的措施彻底解除了威胁，然后采掘工程正常展开。

位于井田东南角的原泉安煤矿，处于全井田最低位置，据调查该矿生产期间涌水量大，有奥灰水涌出点，在停产以后老空水位不断上升，根据分析其静止水位应在奥灰水头以上，最大水压2MPa。目前采取了以密集钻孔探测，保证留足防水煤柱的隔离措施，待井下排水系统全部完善，矿井水处理系统改造完成后再开展工作。

2.6 建立完善的排水系统

针对老空水透水水量大来势猛的特点，以及部分区域奥灰水承压的特征，增大了排水系统能力。

为了防止突水淹没井下中央变电所和泵房，在大巷最低处增设了1台排量300m3/h的潜水泵，该泵由地面变电所直供电并配有直排管路。

各采区都建有水仓泵房，由采区变电所直接供电，配备离心式多级泵和配套排水管，排水能力250m3/h以上。在最低一个采区建立大容量水仓，并配备直排中央水仓的排量300m3/h潜水泵。

一般掘进头敷设DN150和DN100各1趟排水管，重点掘进头和采煤面下巷敷设2趟DN150排水管，相应地DN150排水管配备排量80m3/h以上水泵，DN100排水管配备排量30m3/h以上水泵，同型号水泵要求1台使用，另备用1台以上。

与井下排水配套的地面矿井水处理系统，处理能力达330m3/h以上，使老空水处理后达标。

3 工程实例

3.1 基本情况

913工作面探放原金窑坡煤矿老空水。913工作面为9煤首采工作面，位于东坡井田西北部，走向长度1500m，面长240m，煤层平均厚度14.5m，结构复杂，平均倾角4°左右。

原金窑坡煤矿4煤为全层开采，采宽22～24m，留6～8m煤柱，房柱间隔为30m。9煤回采层位是底板以上10m，其上部留顶煤，房柱间隔一般采8m，留5m煤柱。

根据多次调查确认，原金窑坡煤矿在井田边界附近开采时，采掘工程没有进入原东坡煤矿井田，但未按规定留设20m边界保安煤柱。

根据调查资料估算原金窑坡煤矿4煤老空积水面积为10000m2，积水标高1058～1062m，积水量1.9×104m3，9煤积水面积为2.9×104m2，积水标高1027～1036m，积水量8.8×104m3，原金窑坡煤矿开采时矿井涌水量大约在50m3/h，停产后老空积水应以静储量为主。

3.2 探放水的设计要求

(1)编制方案设计和单孔设计，经总工程师批准后实施。

(2)为便于排水和加快探放速度，施工专门探放水钻窝，切眼处每60m施工1个钻窝，材料巷每80～100m施工1个钻窝,均施工于工作面外侧，必要时采用2台钻机，分别在钻窝和掘进迎头进行超前探测。

(3)材料巷探测每次深度为130m，掘进100m；切眼处探测每次深度为90m，掘进60m，均按防治水规定保持30m超前距离。迎头小钻机钻进距离为30m，留10m以上超前距离。由于原金窑坡煤矿老巷的平面位置和层位没有准确资料，因此，在一定位置必须以探测到巷道进行疏放为准，否则增加探测孔数量直至找到巷道，在此期间巷道停止掘进。

(4)每个探测孔都必须安装不少于5m的孔口管及闸阀，并用水泥固结，做到控制放水。采用zlj-400型钻机，钻探能力为200m，配备直径42mm钻杆。

(5)排水系统能力150m3/h以上，在 913工作面下巷最低处施工环形水仓，水仓的有效容量1000m3，作为突水时的缓冲空间，并编制贯彻水害应急预案。

(6)探测孔终孔点之间的间距在1.5m左右，以避免漏探巷道。

(7)以探到老空区低洼处为原则，做到最大限度放尽老空区水。

(8)由于本次探放水的对象为老空水，当钻孔水量减小或疏干时，必须再次扫孔以确定是否真正疏干还是堵孔所致。

(9)物探超前探测作为钻探设计参考。

3.3 探放水工程实施及取得经验

自2010年1月20日至6月30日，原金窑坡煤矿913工作面掘进过程中，共施工探放4煤、9煤老空水钻孔34个，总工程量3119m，共疏放水量24×104m3，疏放后出水量维持在15m3/h的动水状态，积水线已远离913工作面40m，彻底解除了该处9煤开采的安全威胁，与留煤柱相比多回采煤炭1.0Mt。

913工作面掘进过程中能在15m厚煤层中探测到原金窑坡煤矿的小巷道，主要经验为：

(1)设计目标明确。按照探测老硐可能的位置，逐步抬升钻孔终孔点的高度，抬升角度视探测点到被探测巷道的预计距离，计算各个钻孔的抬升角度，保持各钻孔终孔点在垂直方向的间距为1.5m。

(2)小煤矿在该处的巷道资料比较可靠。通过对地方管理部门正规调查和多方寻找老矿曾经工作的技术人员了解情况，多次进行对比分析，基本掌握了老窑采掘情况和巷道分布，为钻孔布置提供了依据。

(3)钻深不宜过长。从探测到的两条老硐看，913切眼3号钻窝到9203副巷的水平距离为41.6m，913材料巷绞车窝到西侧老硐的水平距离为35m。认为在东坡煤矿的煤岩层条件下，开孔位置到被探测巷道的距离在30～40m为宜，这样既保证了安全间距，又使得钻孔的偏斜小。

(4)钻孔角度准确。钻孔开孔时使用罗盘确定方位误差比较大，为确保其方位和仰俯角符合设计要求，采用全站仪放线，可以比较准确地给定钻孔方位。

(5)钻工操作熟练，钻进给压均匀，使用扶正器，使钻孔比较平直。

(6)钻机固定牢靠。采用至少4个液压支柱或千斤顶压住钻机，使得钻机在钻进加压或抽动钻杆时钻机不移动，减少钻孔偏斜。

(7)准确判层。钻工熟悉钻孔施工中要穿过的层位，当钻进冲洗岩粉发生变化时，及时判断层位，这样，不仅掌握本钻孔终孔点的层位，也为下一个钻孔参数的调整提供了依据。

(8)采用无芯和取芯同径钻头施工，当难以确定层位时，可分段取芯，确定钻孔目前的施工层位，同样为后面的钻孔布置提供参考。

(9)超前物探起到了很好的警示作用，特别是切眼的第3次超前探测，发现掘进头前方存在一处视电阻率低阻异常，根据物探目标施工了疏放水钻孔，准确打透了老硐，验证到钻孔探测和物探解释位置相差不到2m。