沿积水老空区快速掘进技术的研究与应用

王晓峰

（冀中能源峰峰集团辛安矿，河北邯郸056200）

1 引言

辛安矿为水文地质条件极复杂矿井，11216采区为村庄煤柱下开采，依据11216采区开采设计，采用先跳采，后顺采的开采顺序，且11216采区工作面设计均为仰采，工作面回采后顶板砂岩水及采动用水均积存在老空区内。因此工作面跳采后，上下两个顺采工作面掘进期间，均面临老空区积水的隐患，如何安全疏放老空区积水，保证安全快速掘进，将作为我矿近期的研究实践课题。

2 巷道概况

①112161运煤巷沿大煤顶板掘进，断面为斜矩形，巷道规格 4500×3400mm（宽×高），巷道平均坡度为-7°，采用锚网索+梯子梁联合支护，综掘工艺。

②112161运煤巷位于112162采空区上部，巷道掘至后期将进入112162采空区积水区域，面积为64768㎡，积水面标高为-503.5m，积水量约为86000m3，且112162采空区有动水补给，补给涌水量为10m3/h。112161运煤巷设计最低标高为-525m，积水区高差21.5m，掘进工程量200m。考虑到掘进期间安全，设计112161运煤巷与112162采空区之间净煤柱为5m。根据辛安矿防治水科综合分析，预计疏放水初始阶段巷道标高每下降1.0m，需排水量为3000m3，后期会逐渐减少。

③在掘进期间，距离积水区域80m处施工安装永久性的排水系统：做一个固定排水水窝，水窝规格6m×2m×2m（长×宽×深），安设两台55kw离心泵，两台75kw潜水泵。分别连接一趟4寸排水管，一趟6寸排水管，两趟管路与216通风下山主排水管路连接，排至-500水仓，每台水泵额定排水量60m3/h。

水泵电源采用双回路供电，保证固定水泵能够24小时正常运转。

图1 巷道布置图

水窝处必须安排专人值守并悬挂警示标语，防止人员靠近水窝发生不测。水窝处安设专用电话联系，确保通讯畅通。

看泵值守人员负责不定期清挖水窝中的淤泥及杂物清理，防止堵塞管路，影响排水。

3 技术方案比较

3.1 技术方案Ⅰ：掘进放水巷

在掘进进入积水区域前，垂直巷道下帮向老空区方向掘进放水巷，边掘边放老空区积水，放水巷摸大煤底板沿采空区掘进，巷道坡度-21°，每一个放水巷工程量30m，积水高度降低10.7m，需掘进放水巷2个，总工程量60m。

放水巷由于沿采空区掘进，采用炮掘工艺，使用U25箍支护，人工装砟配合刮板运输机运输，掘进至设计位置后，在迎头挖水窝，安设固定泵及排水管路，将采空区水位控制在安全位置后，方可掘进2161运煤巷，当掘进工作面底板标高达到放水巷控制标高后，再掘进第二个放水巷、循环进行。

3.2 方案Ⅱ

在进入积水区后，垂直掘进巷道下帮先打钻疏放老空区积水，后掘进的施工方法。利用早班停头打钻疏放积水，保证老空区积水水位不超过巷道迎头底板0.5m，中夜班正常掘进（钻孔正常放水），每班2.5m，日进5m，保证停头后老空区积水位不超过巷道迎头底板1.2m。

①掘进期间每5m一循环，在巷道迎头下帮做一个临时放水水窝，水窝规格：2m×1m×1m（长×宽×深），临时水窝中安设18.5Kw潜水泵一台、75Kw潜水泵两台，将采空区积水排至后路固定水窝。

②水窝做成后，在水窝处距顶2.0m以下打设3个放水孔，间距不小于0.5m；放水孔倾角-30°～-45°，放水孔见老空区后继续钻进1m以上，放水钻孔采用ZQSJ140/41风钻，钻杆Φ50mm，长度1m，Φ75mm钻头，每组安排3人负责打放水孔及疏孔工作。

放水孔必须安设放水节门或采取控制水量的木橛子，防止因水量突然增大无法控制，导致前头工具及设备被水淹没。

图2 巷道下帮剖面图

③在巷道两个临时水窝之间施工水位观测孔，观测孔距顶1.5，以此孔内水位为基准，向前头找水位线，以此控制掘进进度，当迎头底板距水位线超过1.0m时，停止掘进，每班由防治水技术人员以及施工单位技术人员现场测定水位标高。

3.3 两个方案的比较

方案Ⅰ

优点：利用大功率水泵，将采空区积水一次排到控制标高，水位下降至安全位置后一次掘进距离长。

缺点：①掘进放水巷，揭露采空区后，有害气体不明，采空区顶板破碎，支护困难。②掘进期间随掘随排水，迎头时常有积水，施工支架难度增大，施工进度慢，掘进工期长，成本高。

方案Ⅱ

优点：施工工艺简单易行，掘进工期短，成本低。

缺点：施工水窝多，移动设备多，放水量控制难度大。

3.4 经济效益比较

方案Ⅰ：放水巷掘进总工程量60m，使用U25箍支护，棚距0.7m，日进1.4m，每米单价1万元，共需资金60万元。

巷道施工总工期58日。放水巷工期60/2.1=29日；运煤巷工期200/7=29日

方案Ⅱ：施工放水钻孔及水窝早班施工人员10人，其他小班放水疏孔人员2人，每班共14人，共用资金40×14×300元=16.8万元，运煤巷施工总工期40日。200/5=40日

经过以上比较，方案Ⅱ优于方案Ⅰ，节省资金43.2万元，工期提前18天完成运煤巷掘进。因此，我们采用了方案Ⅱ进行采空区积水疏放的研究与实践。

4 方案实施结果

疏放水工作共计40天，放水约85000m3，日放水最高2800m3，后期最低800m3，放水期间累计掘进210m,日进5.2m，达到了预期值。

5 避灾措施

施工期间，发现顶板、煤壁淋水增大、空气变冷、压力增大、煤壁松软等突水征兆时，施工人员应本着“人往高处走”的原则，按照避灾路线迅速撤离灾区并及时通知矿调度室及受水灾影响地区。施工期间，瓦斯员必须在现场，防止因钻孔排出的有害气体危机施工人员安全，遇紧急情况，在班长带领下撤离施工地区。

6 结论

通过112161运煤巷沿积水老空区掘进的实践，大大提高了沿积水老空区掘巷的安全性，降低了掘进成本，疏放老空区积水操作简单，掘进速度快，为我矿以后沿积水老空区掘进积累了宝贵的经验。