采空区探放水综合技术浅析

张炳林ZHANG Bing-lin

（山西三元煤业股份有限公司，长治 046200）

（Sanyuan Coal Industry，Changzhi 046200，China）

0 引言

采空区突水具有时间短、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。山西三元煤业股份有限公司是一座年产超过220万吨以上的矿井，目前井下开采的1312 运输顺槽掘进工作面位于井田北翼一采区西部，该工作面相邻的1310 采空区存在大量的采空积水，对工作面的采掘构成严重威胁。

1 工作面概况

1312 运输顺槽掘进工作面位于井田北翼一采区西部边界附近。该工作面煤层整体趋势为南北两端高，中部低的宽缓向斜构造，其轴近向WE 向，局部伴生宽缓的波状起伏，煤岩层倾角1-4°，煤层沉积稳定，煤层平均厚度7.3m，属全区可采稳定煤层。

2 水患分析

2.1 奥陶系灰岩岩溶裂隙水 3 号煤层与奥灰岩溶含水层之间相隔140m，其中泥岩及砂质泥岩隔水层总厚度在100m 左右，隔水性能良好。而1312 工作面奥灰岩溶水突水系数在0.016～0.022MPa/m 之间，小于底板受构造破坏块段临界突水系数值0.06MPa/m，属底板不易突水矿井。

2.2 3 号煤层顶板二叠系砂岩裂隙水 根据《矿区水文地质工程地质勘探规范（GB12719-91）》附录F 中的冒落带、导水裂隙带经验公式进行计算得：

由于3 号煤层顶板二叠系砂岩含水层富水性总体为弱～中等，但补给条件较差，以静储量为主，易于疏干，因而1312 工作面采掘初期应做好预疏放水的工作。

2.3 大气降水、地表水和第四系松散层孔隙水 由于相邻工作面回采后形成了地表塌陷，在1312 工作面对应的地表东侧形成一个水塘，水塘面积和积水量较大。1312工作面顶板埋深325m～355m，其上覆盖有厚层状的二叠系石盒子组泥岩和第四系粘土层，3 号煤层回采后导水裂缝带高度最大108m 只达到上盒子组底部，距第四系松散层底部仍有60～80m，第四系松散粘土层厚160～170m。因此在正常情况下大气降水、地表水和第四系松散层孔隙水，不可能直接成为矿坑充水水源，对矿井充水影响不大。

2.4 相邻采空区积水影响分析 二叠系山西组和下石盒子组砂岩裂隙含水层富水性弱，补给条件差，回采过程中主要以顶板滴水、淋水现象，因此相邻采空区积水量主要以静储量为主，动态储量补给为辅。

采空区积水量的估算：据《3#煤层采掘工程进度平面图》、《3#煤层底板等高线图》及回采期间实际情况分析，预计1310 采空区积水区域共三处，采空区积水量采用老空积水量估算公式（《煤矿防治水手册》），估算公式如下：

①1# 积水区积水标高+564.1m（排水点顶板标高+566.1m，排水池最高水位时离顶板2.0m），积水面积约6200m2；②2# 积水区积水标高+581m，积水面积188000m2；3#积水区因与2#积水区中间有放水孔，实为一体，故标高相同，积水面积约123000m2。

式中Q——采空区积水量；K——采空区的充水系数，取值0.25；（1#积水区因原来巷道所占空间较大，预计积水较充分，充水系数取0.35）；M——采空区的积水标高（m），1#积水区积水标高范围+559.1～+564.1m；2#、3#积水区积水标高范围+558～+581m；均在导水裂隙带范围内，即可能全部充水；整体按三棱柱估算体积，水位取值一半即11.5m；F——采空积水区的水平投影面积（m2），龙软自动计算值；α——煤层倾角（°），取值煤层总体倾角1.5°。

则最大积水量计算分别为：

经计算：1310 采空区总积水量890000m3。

3 物探勘察

根据《煤矿防治水规定》，对可疑水害地点采用一种以上勘探方法的规定。该矿采用地面三维地震和井中瞬变电磁两种方法进行了勘察，勘察地点设在1312 运输顺槽掘进工作面对1310 采空区进行瞬变电磁物探法进行超前物探，物探采用3 个方位，11 个点位，对工作面顶、帮、底进行综合探测。勘测结果显示，1310 采空区内高阻异常区范围较大，初步判定采空区内部存在大量积水。

4 化探验证

对1310 采空区进行取水化验。经化验结果确定，1310采空区内为采空积水。化验结果见表1。

表1

5 井下防治水工作

根据《煤矿防治水规定》附录三“防隔水煤（岩）柱的尺寸要求”明确规定，采用下面经验公式计算采空区放水煤（岩）柱宽度：

式中：L-煤柱留设的宽度，（m）；K-安全系数，一般取2～5；M-煤层厚度或者采高，（m）；P-水头压力，（MPa）；Kp-煤的抗拉强度，（MPa）。计算结果：

K 为安全系数，取3.5，M 为煤层厚度，取7.3，P 为水头压力，取0.2MPa，KP为煤的抗拉强度，取0.6MPa。计算的防隔水煤柱不小于12.78m。

6 结论

在掘进期间采用“先探后放、探放结合”的先进技术，尤其是对积水量大的采空区积水超前探放，突出了在煤矿安全操作中的超前性和重要性。在完善的排水系统配备下，以放为主的传统性放水做法，起到了有的放矢的效果，减少了许多盲目性探钻工序和工作量，尤其是对采空区近探近放具有很大的应用空间，值得煤矿系统在矿井防治水工作中借鉴和推广。

[1]张正浩.煤矿水害防治技术.2010 ISBN978-7-5020-3651-5.

[2]国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定释义.2009.12 ISBN 978-5646-0549-0.

[3]息金波，乔尚峰.探放水技术在掘进工作面的应用[J].能源与节能，2014（11）.