孤岛工作面探放老空水技术应用

张家峰　汪　佩

(1.河南能源集团永煤公司车集煤矿；2.河南能源集团永煤公司城郊煤矿)



孤岛工作面探放老空水技术应用

张家峰1汪佩2

(1.河南能源集团永煤公司车集煤矿；2.河南能源集团永煤公司城郊煤矿)

摘要在孤岛工作面掘进过程中解决周边老空水的探放问题，一直是煤矿防治水工作的难题。结合车集煤矿2612孤岛工作面特点，采用阶段循环和集中疏放水方式对老空水进行了探放，为疏放采空区积水提出了新方法、新思路，提高了煤矿老空水的防治水平，消除了老空区积水的威胁，为老空区水害防治工作提供了实践依据。

关键词孤岛工作面探放水水害防治

河南能源集团永煤公司车集煤矿于1999年12月29日投产，矿井设计生产能力1.8 Mt/a，2009年核定生产能力为2.8 Mt/a，属全隐蔽煤田。采用立井单水平上、下山开拓方式，走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。主采山西组二2煤层，属Ⅲ类不易自燃煤层，水文地质条件中等。

在孤岛工作面掘进过程中,其周边老空水始终是煤矿防治水工作方面的难题，而探放水效果关系到矿井正常的采掘接替以及掘进和回采期间的施工安全，不容忽视。

1工作面概况

车集煤矿2612工作面位于2610、2614工作面之间，2610和2614工作面分别于2013年5月、2014年6月回采结束，为一典型的孤岛工作面。积水区位于2614采空区内，积水面积210 230 m2，积水量157 673 m3，积水标高-798.3 m，水压0.323 MPa，老空动水量约45 m3/h，自2614上巷流出。为保障2612工作面下巷掘进期间施工安全，按照《煤矿防治水规定》的相关要求，需对2614老空水进行超前探放，预计疏放2614采空区积水量 91 062 m3。

2探放水设计方案

(1)探放水前期准备工作。查明2614采空区地质构造、煤层产状、顶底板岩性以及工作面回采情况，相邻采空区之间的水力联系，采空区与地表水体、断层构造带的水力联系程度等，确定积水区空间位置、积水区外缘标高、积水线、探水线、警戒线[1]，编制探放采空区积水设计，计算采空区积水面积、积水量。

(2)探放水设计方案选择。2612下巷外段整体缓下山掘进，里段为缓上山掘进，结合2614工作面老空积水特点和2612下巷掘进要求，选择分阶段循环和集中疏放水相结合的方式，对2614工作面老空水进行疏放。

(3)探放水设备。选择ZDY3200S型煤矿用全液压坑道钻机1台，2ZBQ-3/21型风动注浆泵1台，3台37 kW的排沙泵，1台备用。

3分阶段循环放水

在沿空掘进期间，根据巷道坡度，待巷道掘进至探水线时采用疏放→掘进→再疏放→再掘进的方式，保证水位不高于原巷道底板1.5 m以上，实现老空水的有效疏放。

本次分阶段循环放水累计设置放水点6个，施工放水孔19个。放水钻孔从探水线开始向前方呈半扇形成组布设，各开孔位置均位于巷道下帮，与煤柱侧巷帮垂直或斜交，下设孔口管4 m，钻孔孔深均以探透老空区为准。当透孔后水量无增加，可视为探放水结束，经评价后方可继续向前掘进施工下一阶段放水孔[3]。

4集中疏放水

在2614放水巷最低点设置放水钻场，向积水区布置钻孔，钻孔呈梯次扇形成组布设，钻孔终孔位置以满足平距3 m为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5 m[1]，力争钻孔一次打到积水目标区。

4.1放水钻孔方位及开孔位置选择

严格按照疏放水钻孔设计参数，采用全站仪放线，现场标定方位线及开孔位置，以保证探放水的准确性。集中放水钻孔设计参数见表1，钻孔平面布置见图1。

表1　钻孔设计参数

注：先施工探1#、2#、3#，再施工探4#、5#、6#；待动水稳定后施工验1#、2#； 钻孔孔长以施工至老空区为准。

4.2钻孔施工技术

钻孔施工流程：钻φ133 mm→下φ108 mm孔口管并加固，且进行耐压试验，耐压值不超过2 MPa→φ89 mm钻头扫孔排渣。

(1)钻孔。使用φ133 mm钻头开孔，若塌孔，使用“取芯下管”法开孔下管，即把孔口管的短接从中间锯开，制成锯齿状，连接到孔口管上。在孔口管的末端安装一个变头，使孔口管与钻杆连接，经钻机钻进，孔口管直接进入煤壁中，连接孔口管达到设计深度后，直接注浆固管。使用φ89 mm钻头扫孔，排除孔口管内煤渣，扫孔深度不得超过孔口管长度。

图1　集中放水钻孔平面布置

(2)孔口管埋设和试压。固管完成后，将压力水管与套管连接牢固，向套管内连续压清水，将套管与孔壁之间的残留岩粉冲出，打通返浆通道。采用P.O 42.5#水泥(水灰体积比1:1)，待加固孔口管的水泥浆凝固后(12 h)，扫孔钻进超过下设孔口管长度0.5 m，使用风动注浆泵进行耐压试验，将注浆泵通过注浆管与钻孔连接，向孔口管内注入清水，压力达到2 MPa，且孔壁不漏水，方可安装高压闸阀和防喷装置，并采用三棱钻杆钻至采空区。

4.3老空积水水位动态监测

水位、水量观测数据统计是评价放水效果的重要依据，是分析判断采空区积水的一项重要指标。

选择在放水硐室设置水位监测装置，利用“U”形连通器原理，测量老空区积水水位标高，同时配备小量程水压表，正常放水情况下8 h由专人负责观测两次，动态监测老空区积水水位变化情况，并做好详细记录[2]。根据水位观测，水量减小或水位升高时要及时透孔。

5探放水效果评价

2614老空区累计放水达53 d，总放水量约12.6万m3，老空水位自-801.6m降至-819.0 m，放水完成后放水孔流出的动水约45 m3/h，因2614采空区下部低洼，剩余积水不能有效疏放。经施工验证孔及水位观测装置验证，2614采空区下部为冒落及底板鼓起带，造成下部弱含水层或无水，故2612下巷掘进期间已不受水害威胁，允许掘进。

6结论

(1)结合车集煤矿2612孤岛工作面特点，采用阶段循环和集中疏放水方式对老空水进行了探放，为疏放采空区积水提供了新方法、新思路，提高了煤矿疏放老空水的防治水平，消除了老空区积水的威胁。

(2)在疏放水过程中，采用小量程水压表及水位观测装置，动态掌握积水水位变化情况，有利于验证施工设计参数，可在老空水疏放工程中推广应用。

(3)固管试压成功之后，钻进中用三棱钻杆代替圆钻杆施工，解决了钻进过程中的塌孔问题，有效提高了施工进度和放水效果。

参考文献

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

[2]武强，赵苏启，董书宁，等．煤矿防治水手册[M].北京：煤炭工业出版社，2013.

[3]杨宗坡.平顶山矿区沿空掘进探放水工艺优化及应用[C]∥第七次全国煤炭科学技术大会论文集(下册).北京：中国煤炭工业协会，2011：10-11.

(收稿日期2015-09-03)

张家峰(1979—)，男，助理工程师，476600 河南省永城市。