特厚煤层探放同层采空区积水技术研究

文/王毅武

特厚煤层探放同层采空区积水技术研究

文/王毅武

沿空掘巷能够提高煤炭资源采出率，实现矿井高产高效。但沿空掘巷与相邻采空区距离较近，在掘进过程中容易沟通采空区积水，引起突水事故。目前，探放水的研究对象主要集中在上覆采空区积水，而对同煤层采空区积水的研究很少。本文结合山西凌志达煤业有限公司3～5#煤层8204工作面5204巷工程背景进行探放水研究，分析了8206采空区积水对掘进5204巷的影响，介绍了探、放水钻孔的位置分布和技术参数。实践证明，通过合理布置探、放水钻孔，能够顺利放出采空区积水，保证巷道安全掘进，对类似矿井探放采空区积水有一定的指导意义。

一、地质概况

山西凌志达煤业有限公司3～5#煤层8204工作面位于二盘区东部，东邻8202采空区，西南为8206采空区，上覆为侏罗系14#煤层采空区，层间距为400.6～419.4m。工作面采用一进二回三巷布置，“一进”是2204进风巷，“二回”分别是5204回风巷、8204瓦斯高抽巷。

5204巷位于本井田的东南部、二盘区的东北部，东北邻 2204巷，西南相邻8206采空区，西北部为F13810断层，东南部为二盘区回风巷。5204巷沿煤层底板掘进，设计长度1094m （二盘区回风巷西帮起算），走向305°，设计断面为矩形，掘进宽度5200mm，高度3600mm，净宽5000mm，净高3300mm。巷道所在区域地层走向近似东西，倾向北，为一南高北低的单斜构造，倾角2°～4°，煤层结构复杂，利用厚度：9.00～15.84m，平均12.85m。煤层中含2～16层夹矸，平均10层，厚度为1.35m。工作面巷道布置示意图如图1所示。

图1 工作面巷道布置示意图

二、水患分析

1.充水水源判别

根据井田石炭二叠系煤炭勘探地质报告、建井地质报告、矿井水文地质类型划分报告，以及邻近的8206工作面实际回采情况，5204巷的可能充水水源主要有以下4种：上覆侏罗系采空区积水、同层8206采空区积水、奥陶系岩溶承压水以及煤岩层裂隙和断层水。具体分析如下：

（1）上覆采空区积水

5204巷对应上覆空间为侏罗系14#煤305盘区采空区，其中305盘区采用长壁大冒顶法及刀柱法采空，煤厚4.7～5.7m，采高4.7～5.7m。5204巷东北部的8202工作面上覆侏罗系14#煤层采空区实地调查结果为干枯状态，无积水。5204巷西南部的8206工作面在对应地面施工了两个探放水钻孔。探测结果表明8206工作面对应上覆侏罗系采空区未发现大量积水。

根据以上5204巷同层相邻的8202和8206工作面在开采前对上覆采空区的调查和探放情况，以及实际开采过程情况分析，5204巷对应上覆侏罗系采空区无大量积水。

（2）同层采空区积水

5204巷位于8202采空区和8206采空区所夹的中间区域，距8202采空区290～440m，受影响较小，距8206采空区6m，并且5204巷在8206工作面停釆4年后开始掘进，两工作面间隔时间长，因此，8206采空区可能存在大量积水，影响5204巷的掘进工作。

（3）奥陶系岩溶承压水

根据矿井水文地质类型划分报告，该煤矿水文地质类型为中等型。根据2008年完成的有关一、二盘区奥灰水突水危险性评价报告，5204巷处于安全区和过渡区，突水危险性较小。

（4）煤岩层裂隙水

根据《建井地质报告》，二叠系山西组，石炭系太原组含水层是开采石炭二叠系煤层的直接充水含水层，富水性弱。开采过程中巷道顶板局部会有淋水现象，属于煤岩层裂隙水与孔隙水。

（5）断层水

根据8206工作面开采过程中对8204工作面北部F13810断层导水性探查资料，该断层不导水。

通过对5204巷充水水源分析，8206采空区积水可能是巷道掘进过程中的水害威胁。

2.同层采空水危害分析

8206工作面走向长 1394.1m，实际开采长度1182.0m，倾向长230.5m，煤层总厚度9.72～15.06m，平均12.96m。工作面为上山开采，内部存在低洼区，工作面停采密闭后，采空区内西北方向和低洼区内容易聚水。根据8206工作面回采时的实测标高，2206巷标高比5206巷平均高出6m左右，若8206采空区存在积水，积水将主要聚集在5206巷一侧。若不采取疏放措施，5204巷掘进后存在同层采空水突水危险。将会对5204巷的掘进构成威胁。

本次施工探放水钻孔是为了探放8206采空区积水，确保5204巷的安全掘进。

三、探放水工程及效果

本着坚持“有疑必探，先探后掘”的探放水原则，5204巷探放水工作随着巷道的掘进分为探水和放水两个阶段。探水阶段是为了探查采空区积水界限，放水阶段则是将采空区积水水位降至安全水位。探放水钻孔布置在工作面左帮，每组钻孔根据放水量确定孔数，每个钻孔开孔位置距巷底1m。钻探使用ZLJ-350煤矿用坑道探放水钻机，钻场规格宽×深为4m×2.5m。

1.探水工程

探水阶段从5204巷临近8206采空区密闭开始，里程为297m～968.7m，距离671.7m，共施工钻孔16个。前3个钻孔目的是探测采空区密闭往里段积水。待1#钻孔施工完成后，根据钻孔出水量分析采空区积水情况，结合分析结果指导2#钻孔施工，做到施工一个孔，分析一个孔，指导下一个孔。

探水钻孔设计参数见表1，钻孔布置平面示意图如图2所示。

表1 探水钻孔设计参数表

图2探水钻孔平面布置示意图

前3个钻孔探测结果均无积水异常，但是存在瓦斯异常。为了平衡探放水与瓦斯异常涌出的问题，后续钻孔参数改为方位215°（与巷道垂直），孔深6m。

2.估算采空区积水量

采空区积水的分析是放水工程的首要环节，8206采空区积水主要来源是当时的生产用水和煤岩层裂隙水，根据前期水位观测数据和煤层底板等高线，划定采空区内积水水位线为1021.8m，用采厚预计法估计对工作面开采有影响的采空区积水量，其公式如下：

式中：Q——采空区积水量（m3）；

M——煤层平均厚度（m）；

L——积水区长度；

H——积水水头高度；

α——煤层倾角；

K——充水系数（0.3）

通过计算预计积水量为7.9万m3。

3.放水工程

在里程968.7m施工第16组探水孔时，钻孔出水，涌水量为7.5m3/h，由此5204巷由探水工作逐渐向放水工作转变。放水阶段里程为968.7m～1013.4m，距离 44.7m，共施工 4组 33个放水钻孔，钻孔进尺198m。

放水钻孔设计参数见表2，放水钻孔剖面布置示意图如图3所示。

图35204巷放水钻孔剖面布置示意图

表2放水钻孔设计参数表

4.钻孔封孔

钻孔施工完成后，若无水涌出或放水工作完成后，要对钻孔进行封孔，封孔深度2m。封孔要求采用棉丝、黄泥、水泥浆三种材料封孔，封孔结构从里往外为0.3m棉丝、0.7m黄泥、1m水泥浆。

5.工程效果

2014年12月14日开始在5204巷进行放水工作，截止到2015年1月31日已累计排放8206采空区积水5.11万m3，8206采空区积水水位已经降至安全水位1017.5m。8204工作面现已回采完毕，回采过程中8206采空区积水未对工作面回采造成不良影响，有效解除了同层采空区积水对采掘面的安全隐患。

四、结语

1.5204巷探放8206采空区积水工作，开创了山西凌志达煤业有限公司3～5号煤层探放同层采空区积水的先河。本次探放水工作探、放有序，钻孔布置合理，基本掌握了8206采空区积水特征，消除了安全隐患，提升了人们对矿井水害防治的思想认识。

2.采空区积水量估算所使用的采空塌落系数K取值小，估算水量7.9万m3，实际放水量5.11万m3。由此基本可以确定，估算水量时所选取的塌落系数值偏高，实际塌落系数应低于0.3。说明3～5号煤层顶板垮落程度较高，顶板垮落时产生的碎块以及碎屑物占据了较多的采空区空隙。

3.采空区内空隙与空隙之间连通性差。根据第16组放水孔资料显示，8#、9#和 10#放水孔间距平均0.25m，根据12月18日至26日观测数据，8#孔水量平均28.1m3/h，9#孔水量平均16m3/h，而10#孔水量平均2.3m3/h。三个孔间距小，出水差异却十分明显。类似情况在第17组、18组、19组放水孔中均有出现，由此可见采空区内空隙之间连通性不好。

4.采空区内松散堆积物富水性较好，能够向采空区渗流、补给水量。在第16组3#放水孔安装了一个水位观测胶管，放水期间，观测水位从 0.76m降到0.37m，整体为下降趋势。但在所有放水孔关闭4小时后，水位又急剧上升至1.1m，随后开始下降，并在此期间，各放水孔孔壁和关闭不严阀门仍然以每班20～32m3水量往外排水。

（作者单位：山西凌志达煤业有限公司）

（责任编辑：周琼）