沿空掘巷工作面防治老空水实践

郝先虎，奚向成，刘煜伟

（1.河南理工大学资源环境学院，河南焦作 454003；2.河南能源化工集团鹤煤五环分公司，河南鹤壁 458000）

沿空掘巷工作面防治老空水实践

郝先虎1，2，奚向成2，刘煜伟2

（1.河南理工大学资源环境学院，河南焦作 454003；2.河南能源化工集团鹤煤五环分公司，河南鹤壁 458000）

鹤煤五环分公司3303上顺槽在3301采空区下施工，受采空区积水威胁。防治水人员通过精准预测，顺利疏放老空积水11 791.5 m3，为3303上顺槽掘进及将来3303工作面回采夯实安全基础。本次防治老空水技术上全面，安全上可靠，经济上合理，为鹤煤五环分公司防治老空水开辟了一条新的途径。

老空水；沿空掘巷；探放水；效益

1 概况

1.1 矿井概况

鹤煤（集团）公司五环分公司位于鹤壁矿区中部，开拓方式为立井、暗斜井、多水平主下山开拓。现开采煤层为石炭二叠系山西组二1煤，煤厚平均8 m，煤层倾角平均20°，经过50余年的开采，生产地区已转至三水平延深采区。

1.2 3303上顺槽概况

3303 上顺槽位于五矿33采区，在3301采空区下部，沿二1煤底板掘进，与3301采空区之间只有2 m厚的煤柱相隔（原3301工作面下顺槽沿二1煤顶板布置）。巷道设计总长度506.6 m，巷道净断面4 482 mm×3 000 mm，采用U29型钢支护，棚上铺塑带编制网配背木背帮顶。

1.3 3301老空积水区概况

3301 老空区中间被IIF01断层和ⅢF96断层抬高，而两端较低，积水区划分为外段和里段，见图1。外段积水区水平投影面积为4 534 m2，预计积水量5 547 m3；里段积水区水平投影面积为6 300 m2，预计积水量7 709 m3。3301老空积水的补给水源为二1煤顶板砂岩水和ⅢF96断层水，二1煤顶板砂岩水正常涌水量5 m3/h，ⅢF96断层水为10 m3/h；治理前，3301采空区的正常补给水量为15 m3/h，最大为30 m3/h。

图1 工作面布置及积水区示意图

2 提前治理老空水，减少补给水量和老空积水量

1）在原3301上顺槽埋管引水，减少对老空区的补给水量。ⅢF96断层出水点位于3301上顺槽上帮。3301工作面结束前，实测ⅢF96断层水正常涌水量为10 m3/h，防治水人员埋设了1趟95 m长150 mm钢管将ⅢF96断层水引出3107横川密闭墙外，至今引出水量稳定在10 m3/h。采取引水措施后，3301老空水的正常补给水量由15 m3/h降为5 m3/h，最大补给水量由30 m3/h降低为10 m3/h，为后期治理创造了条件。

2）在3301下顺槽密闭上安设防漏风放水器，防止3301采空区大量积水。该装置工作原理为：a.密闭墙内无水时，放水器上口的活动压盖及皮垫处于关闭状态，实现不放水状态的防漏风功能。b.密闭内的水位升高超过放水器出水口，放水器内无负压后，水通过压力作用，从放水器出水口流出，放水器弯头向上部分的水柱起到水密封的作用，（水柱300 mm高，压强比矿井风压2 500 Pa大），实现放水状态的防漏风功能。c.如果补给水量变小，水位下降，放水器内形成负压，放水器上的活动压盖及皮垫下落，堵住放水器外口，放水器处于关闭状态，又实现不放水状态的防漏风功能。密闭墙防漏风放水器组装，见图2。

图2 密闭墙防漏风放水器组装图

3 划定“三线”，精确预计老空积水量

根据3301实测剖面图以及下顺槽密闭墙上泄水孔的标高，确定积水外缘标高，划出积水线，积水线确定后，外推30 m为探水线，探水线外推60 m为探水警戒线，并绘制在矿井采掘工程平面图和矿井充水性图上，作为设计探放水工程设计和施工的依据。

3301工作面外段老空水积水量Qw：

式中：F为采空区积水区的水平投影面积，实测4 534 m2；K为采空区或巷道的充水系数，取0.3；α为煤层倾角，取17°；h为按301工作面实际回采情况，靠近下顺槽位置平均采高，取3.9 m。经计算，Qw≈5 547 m3；使用同样方法计算出里段老空水积水量，QL≈7 709 m3。

4 探放水技术方案

4.1 钻场布置及钻孔设计

因3301积水区下部无合适的岩巷，于是在3303上顺槽煤巷中设计了15个钻场由外向内实施探放老空水工程，钻场间距为40 m；按《煤矿防治水规定》[1]，钻孔超前距设计为30 m，并根据积水形态，上帮距设计为20 m，下帮距设计为10 m，每个钻场均采用扇形布孔，见图3。所有钻孔均采用单孔设计，有具体的标高、深度、方位、倾角等要素，钻孔直径为75 mm，采用ZBY-750型煤矿用全液压钻机配75 mm钻头、50 mm钻杆进行钻探。

图3 探放水钻孔平面布置示意图

4.2 地测人员现场跟班，监控探放水全过程

钻孔施工前，地测人员现场按设计标定钻孔方位和倾角，并跟班观测，记录放水量、水压，监测放水全过程，及时处理放水过程出现的问题。

根据矿体围岩及铁矿中的硫同位素δ34S值均介于-9.7～+2.2之间[11]，具未分异的陨石流的特点，说明这些物质都来看自地幔。

4.3 控制放水速度，实现放水效率最大化

1）通过控制钻孔直径和数量来控制放水量。控制单孔放水量q，根据公式

控制最大放水量，要求探放水施工必须逐孔进行，最大放水量控制为40 m3/h；作业现场所有钻孔总放水量下降到10 m3/h以下，使用钻机配钻具捅孔处理水量无明显增加，方准进行下一个放水孔的施工。

2）使用孔口控水装置控制放水量。为了保证探放水安全，加快放水速度，提高探放水效率，应尽可能使钻孔总水量达到水泵的有效排量；但如此做将带来另一个问题，如果放水量大于水泵排水量，将会造成水淹巷道[2]。针对上述情况，地测人员除了使用抗压型的孔口控水装置（10.5 m×100 mm，注水泥浆加固），还设计了一种快捷式的孔口控水装置（3 m×100 mm，聚氨酯固定），该装置使用方便，安装速度快（仅需20 min即可完成安装并投入使用），在水压较小（一般小于0.03 MPa的）情况下控制水量，能达到提高放水效率目的。

4.4 认真施工验证孔，掌握探放水结束标准

每个钻场放水孔施工结束后，经钻机配钻具捅孔处理后水量仍小于10 m3/h，应在原出水钻孔下方0.3±0.1 m位置，按出水孔的相同方位、倾角（或原倾角减少1°）施工至少1个验证钻孔，孔径75 mm，孔深至少比探水钻孔多1 m。因为3301老空积水有动水补给，补给水量经前期治理小于10 m3/h。结束探放水工作必须同时满足如下要求：钻孔无明显水压，单孔涌水量均小于2 m3/h，总涌水量小于10 m3/h，验证孔施工后总水量无明显增加。

4.5 严格控制准掘距离

探放水结束后，地测副总带领生产、安全、地测、机电等专业下井到现场对探水效果进行阶段性评价，评价无水害威胁后提交给总工；总工审核确定无水害威胁，地测科下达准掘通知书，写明准许掘进距离，施工单位方可掘进。在施工过程中，地测科和安检科派人监督检查，严禁超掘。

4.6 优化排水、供电系统

探放水期间，本着安全、适用、经济的原则布置排水系统。

1）优化排水系统组合方式。为降低排水系统的故障率，3303上顺槽的两组水泵采用并联方式，而非串联接力排水。所有水泵均可直排至延深轨道一车场[3-5]。

2）优化排水管路。按放水量控制在40 m3/h，排水管路的排水能力取Qp=48 m3/h。100 mm排水管路在经济流速（取1.8 m/s）时，过水能力可达到50.9 m3/h，因此选用一趟558 m×100 mm钢管作为排水管路，连接到3301中巷原有的155 m×150 mm排水管路上，可从迎头泵窝直排至三水平延深轨道水沟。

3）精确计算水泵型号。根据公式：

式中：P为水泵动率，kW；ρ为水的密度，取1 000 kg/m3；g为重力加速度，取9.81 N/kg；Q为水泵设计流量，100mm管在经济流速1.8 m/s时，流量0.014 139 m3/s，该值定为水泵设计流量；h为静扬程，出水口与水泵吸水口的高度差，取5 m；hf1长为558 m×100 mm排水管的沿程水头损失，查表并计算取38.7 m；hf2为长155 m×150 mm排水管的沿程水头损失，查表并计算取6.3 m；∑hj为局部水头损失，共6个直角弯头，查表并计算取6 m；n1为水泵效率，由于使用的多为翻新泵，效率偏低，取50%；n2为电机效率，一般取80%。

经计算，P=19.4 kW，根据计算的水泵功率，选用BQZ—22 kW潜水泵，该泵的设计流量为30 m3/h，设计扬程为100 m；在56 m（统计h+hf1+hf2+∑hj）的扬程下使用，实际流量可达到50 m3/h。在探放水作业地点，潜水泵至少有2台，1台使用，1台备用，总排水能力不小于60 m3/h。

4）完善双回路供电系统。探放水期间，水泵分为2组，每组水泵的电源取自独立的母线端。采用双回路供电的优点是假如其中一组水泵的电源有故障时，另一组水泵可正常排水。

5 效果及效益评价

1）防治水效果。共施工15个钻场111个钻孔，总进尺3 957.7 m；累计放出积水11 791.5 m3。经评价，掘进头前上方的老空积水全部疏放完毕，为3303上顺槽安全掘进及将来的3303工作面安全回采奠定坚实基础。治理老空水达到了预期目的。

2）安全经济社会效益。成功疏放出老空积水11 791.5 m3，及时消除了3301老空水突水威胁；进一步探明了3303上顺槽煤层的赋存状态、地质条件和水文地质条件；增加了矿井防治水达标煤量47.8万t，保证五环分公司回采工作面的正常接替；通过成功治理老空积水，为今后在我矿防治老空水工作积累了丰富经验，也为类似条件的矿井防治老空水工作提供了借鉴。

[1]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全生产监察局.煤矿防治水规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[2]张正浩.煤矿水害防治技术[M].北京：煤炭工业出版社，2010.

[3]冯之前，唐振伟.复杂水文地质条件老空水探放实践[J].中州煤炭，2014（5）：69-71.

[4]武瑞英.半煤岩沿空掘巷消除老空水影响的技术研究[J].河北煤炭，2011（3）：33-34.

[5]邓英华.矿井排水系统优化设计[J].煤炭与化工，2014（9）：77-79.

Practice of Goaf Water Control in Roadways Driving along Goaf

HAO Xianhu1,2,XI Xiangcheng2,LIU Yuwei2
(1.Institute of Resources and Environment,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China;
(2.Wuhuan Branch of Hebi Coal Co.,Ltd.,Henan Energy and Chemical Industry Group,Hebi 458000, China)

Due to construction under No.3301 goaf,the upper gateway of No.3303 coal seam was threatened by goaf water in Wuhuan Branch of Hebi Coal Co.,Ltd.By precise prediction,water control staffs smoothly drained goaf water of 11 791.5 m3in volume,which laid solid foundation for the gateway driving and caving of the No.3303 coal seam.The technology was comprehensive,reliable,and economical,which developed a new way for the goaf water control.

goaf water;roadways driving along goaf;water exploration;benefits

TD745

A

1672-5050（2015）03-0038-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.014

（编辑：樊敏）

2015-02-26

郝先虎（1979-），男，河南邓州人，硕士，工程师，从事煤矿防治水和开拓技术管理工作。