金凤煤矿采空区积水充水系数的浅析

张军颖

摘要：以金凤煤矿011804工作面采空区为例，根据该采空区积水特征，在011804工作面下区段的011806回风巷建立排水系统，布置钻场，开展钻探作业，并对疏放水量进行动态观测与统计，计算得出了采空区积水充水系数，摸清了采空区积水分布规律，为金凤煤矿其它工作面采空区积水量计算及积水分布特征分析提供了依据。

Abstract： Taking Jinfeng Coal Mine 011804 working face goaf as an example， according to the characteristics of goaf water， drainage system is built in the 011806 wind alley of 011804 working face section， drilling field is arranged to carry out drilling operations， and dynamic observation and statistics of drainage water are made. The water filling coefficient of goaf is calculated， the distribution law of goaf water is found out to provide the basis for calculation of ponding volume and analysis of water distribution characteristics of other mining face in Jinfeng Coal Mine.

關键词：采空区；积水；疏放；充水系数

Key words： goaf；water；drainage；water filling coefficient

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）04-0086-03

0 引言

神华宁夏煤业集团金凤煤矿位于宁夏吴忠市盐池县境内，始建于2008年7月23日，2011年8月18日投入生产。矿井设计生产能力400万吨，服务年限57.2年，矿井采用斜井单水平上下山开拓方式，井底标高为+1151，主采煤层共9层。

011804工作面开采后，顶板含水层水及风氧化带水通过冒落带和带水裂缝带涌入采空区低洼处，在采空区形成积水区。当下区段工作面掘进及回采时，该采空区积水对下区段工作面的安全掘进与回采造成很大威胁。本次通过开展疏放水工程，安全、有效地疏干了采空区积水；通过对采空区充水系数对比计算，掌握了采空区积水特征，为金凤煤矿安全生产，以及金凤煤矿和周边矿区的防治水工作提供了重要的技术依据。

1 工作面概况

011804工作面位于金凤煤矿一采区十八煤南翼。工作面东为011806工作面，并与011806工作面留设25m安全保护煤柱；南为十八煤风氧化带，并与十八煤风氧化带水平留设20m～190m安全保护煤柱；西为十八煤风氧化带，并与十八煤风氧化带水平留设20m～90m安全保护煤柱；北至副斜井。该工作面于2014年4月20日从切眼处开始开采，2014年8月15日开采结束，开采长度为893m。

2 工作面工程地质及水文地质条件

2.1 工程地质条件

011804工作面开采的是侏罗纪中统延安组的18#煤层。18#煤在本区段厚度为3.4m～4.2m，平均厚度为3.8m，倾向为90°～115°，倾角为13°～27°，平均倾角为15°。直接顶为细粒砂岩（平均厚1.13m），老顶由粉砂岩和中粒砂岩组成（平均厚15.04m），直接底为粉砂岩（平均厚2.57m），老底为中粒砂岩（平均厚23.28m）。该工作面整体位于一向斜构造的北翼，切眼布置在该向斜构造的轴部位置；沿工作面走向方向南低北高，沿工作面倾向方向东低西高；最高点位于停采线西侧，标高为+1320；最低点位于切眼下口，标高为+1200。

2.2 水文地质条件

011804工作面西侧受古河床冲刷和后期风化、侵蚀形成了大面积的风氧化侵蚀带，煤层顶板砂岩含水层通过风氧化侵蚀带与上覆古近系及第四系松散层孔隙含水层不整合接触，松散层孔隙含水层可通过接触带与18#煤层顶板的砂岩含水层发生水力联系，从而补给煤层顶板。当工作面开采后顶板垮落，该含水层水将涌入采空区，聚集在采空区低洼处。

011804工作面采空区积水近似呈三棱锥状，积水面积（平面积）为83943m2，积水区静水位标高为+1255，水头差为55m，水压为0～0.55MPa。

3 疏放水工程

3.1 原则

坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则，采取“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施。[1]

3.2 方法选择

采取井下钻探疏水降压、多台水泵联合排水、排水量动态观测等方式，对采空区积水进行疏放。由于011804工作面采空区积水直接影响着下区段011806工作面的安全掘进与回采，故在011806工作面回风巷掘进期间，边掘进边疏放，逐渐疏水降压；同时根据水量大小建立完善的排水系统进行排水，并使用流速仪对排水量进行动态观测。

3.3 排水系统建立

3.3.1 矿井排水系统

金凤煤矿在井底水仓共安装五台水泵，两台使用，两台备用，一台检修；排水管路选用三趟？准426×9mm无缝钢管。排水方式为正常涌水时两台水泵联合运转，实际排水能力为675m3/h；正常涌水时两趟排水管工作，一趟备用；突水情况下可五台水泵运转，最大排水能力为1687m3/h，三趟管路同时工作。矿井的排水能力满足本次疏放水量及矿井涌水量排放的要求。

3.3.2 工作面排水系統建立

在011806工作面回风巷疏放水钻场附近共施工四个临时水仓，每个临时水仓有效容积均为30m3。共安装九台水泵，其中1#、2#水仓各安装两台BQS60/100-37潜水泵，一台使用，一台备用；3#水仓安装三台MD85-67*6离心泵，两台使用，一台备用；4#水仓安装两台MD85-67*6离心泵，一台使用，一台备用。在011806工作面回风巷共布设三趟排水管路，两趟为Φ133无缝钢管，一趟为Φ108无缝钢管。

采空区积水由011806工作面回风巷抽排至回风斜井，由回风斜井自流至井底水仓，再由井底水仓抽排至地面。

3.4 钻探工程

3.4.1 设备

使用GMSI-4200/55钻机1台、Ф91mm钻头1个、Ф73*1.5m钻杆40根、Ф180m*1.5m止水套管36根、压力表4个。

3.4.2 钻孔设计与施工

在011806回风巷共布置5个钻场9个疏放水钻孔，钻孔的布置及具体施工参数详见图1和表1。

3.5 疏放水量观测与统计

在三趟排水管出水口处各安装一台流速仪，对疏放水量进行动态观测与记录。具体观测数据及统计结果见表2。

4 充水系数计算

4.1 依据

根据《金凤煤矿18煤“两带”高度探查报告》[2]，011804工作面导水裂缝带发育高度为52m～55m，为煤层采厚的12.97～13.72倍；垮落带发育高度为27m～28m，为煤层采厚的6.72～6.92倍。011804工作面采空区积水基本上在“两带”范围之内。

因011804采空区积水区近似呈倒立的三棱锥，三棱锥底面积S取积水区静水位面积（为83943m2），锥顶取采空区最低点（切眼下口处），三棱锥高H取最大水头差（为55m）。故采空区充水系数可由疏放水量除以积水区总体积计算得出。

5 结论

①根据以上定量分析计算，金凤煤矿011804工作面采空区充水系数为0.1，该数值可作为金凤煤矿其它工作面采空区积水量计算的参考依据。

②+1225水平以下充水系数为0.33，+1125水平以上充水系数为0.07。说明采空区积水区底部充水强度比顶部充水强度大，由下至上充水强度逐渐减小。

③011804工作面采空区积水区近似呈倒立三棱锥，虽然底部充水强度比顶部充水强度大，但单位深度上的积水量顶部比底部多。因此，重点要加强011804采空区积水区顶部积水的疏放。

④1992版《煤矿安全手册》第五篇矿井防治水[3]中给出的K值取值范围为0.25～0.5，本文计算得出的K值为0.1。是由于前者未考虑积水深度，仅计算煤层体积空间内的充水系数（即采空区底部采厚范围内的充水系数），而后者是整个积水体积空间内的平均充水系数，故取值小于前者。

参考文献：

[1]李士峰，瓮立平.煤矿防治水规定释义[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.

[2]海玮，马勇，等.金凤煤矿18煤“两带”高度探查报告[R].银川：宁夏煤炭勘察工程公司，2012.

[3]张景海.煤矿安全手册[M].北京：煤炭工业出版社，1992.