寺家庄矿井小煤柱防治水设计优化及应用

陈鹏宇

（山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司，山西 晋中 045300）

1 矿井概况

寺家庄矿为煤与瓦斯突出矿井，井下揭露面积较小，主要开采15号煤层，矿井水文地质类型中等。2013～2017年生产主要区域为中央盘区。现15106掘进工作面东侧为15108工作面采空区，西侧为15104工作面采空区，两处采空区均为同层自采区，15106工作面进回风顺槽均沿小煤柱掘进，设计水平间距7m煤柱（钻场局部2m），受采空区积水和煤壁长时间浸泡影响，巷道推进至积水线影响范围可能存在有渗水和煤壁垮塌等现象。

2 综合探放水设计方案

15106切巷底抽巷在该工作面掘进头中施工较快，主要服务于抽放工作面内部瓦斯及保护切巷。15106切巷底抽巷西头距离15104工作面采空区YJ104-1积水水平距离30m，现15106进风巷距设计停掘位置剩余200m，其中剩余80m在YJ104-1积水影响范围。为保证15106进风巷顺利安全施工到位，在15106切巷底抽巷西侧进行放水作业。

15106工作面进风巷进入积水线后掘进巷道可能存在渗水和煤壁垮塌等现象，在掘进至影响范围后对原积水区域进行验证。

图1 15106切巷底抽巷探放水钻孔设计布置图

图2 15106切巷底抽巷煤层预想剖面图

3 探放YJ104-1积水设计及效果验证

3.1 15106切巷底板岩石预抽巷水文地质概况

15106切巷底板岩石预抽巷（西）DH16测点以西146m为15104工作面采空区YJ104-1积水位置，原预计YJ104-1积水量为4673m3，积水深度为9m，水位标高+555m。

采空区积水主要来源为上部K2、K3、K4石灰岩局部裂隙含水层，含水层正常涌水量为2～3m3/h。

3.2 探放地点及钻孔设计参数

探放地点及钻孔设计参数见表1。

表1 探放地点及钻孔设计参数表

3.3 安全技术措施及效果验证

探测期间探测钻孔开孔孔径为127mm，止水套管长度为10m，将封孔管插入钻孔内，外露0.3～0.5m，然后用泥浆泵进行水泥注浆封孔（水泥采用425#），封孔后要用2根锚杆对封孔管进行固定。孔口安装压力表，观测水压。将阀门和三通连接到止水套管上且换用75mm的钻头继续钻进。

2017年10月3日至10月6日共施工4个放水钻孔，正南方向的两个放水孔水量最大，T2孔最大涌水量为25m3/h，初始水压为0.22MPa，巷道距采空区工作面高差为11m，预计水柱高度11m。根据15104采空区工作面的实测剖面，15104工作面回风巷积水长80m，切巷积水140m长，计算得出YJ104-1共积水6070m3。

式中：

W-采空区积水量，m3；

M-采空区煤层采高，5m；

S-采空区积水面积，S=5600+470m2（部分水淹巷道积水）；

K-充水系数，0.2。

10月15日复测水压为0.17MPa。11月10日关闭闸门，11月13日、11月20日、12月1日分别测得水压为0.11MPa，水位在15104采空区回风巷底板位置高程546m处。水位无明显变化，分析该积水区已基本放完。

预计YJ104-1积水量为4673m³，计算测得积水量6070m³，实际放水5040m³，比计算积水量少放水1030m³，偏差原因为K（充水系数）值取值偏大。

图3 15104回风巷剖面图

4 施工观测验证孔设计及效果验证

4.1 YJ104-1积水区积水量变化情况

10月15日，15106进风巷已掘进至积水区警戒线内，剩余10m将进入探水线，在15106工作面切巷底抽巷进行放水作业中，止水套管上的压力测试为0.17MPa，压力测试孔开孔位置距离采空区煤层底板6m，分析采空区积水深度已降至为6m左右。

4.2 探放地点

为保证15106工作面进风巷安全通过前方受采空区积水影响的区域，从该积水区探水线往南24m处开始对YJ104-1积水影响区域进行验证探测，同时对存在渗水区域进行局部放水作业。

4.3 探放水设计要求

（1）考虑采空区积水已下降一定高度，要求施工队组在进入积水区影响范围时，煤柱支护期间加强观测煤柱涌水情况。对涌水或渗水区域及时施工放水孔。

（2）探放水孔及验证孔开孔孔径为75mm，止水套管长度为4m（煤柱7m，同层不带压，按规定套管不小于煤柱的二分之一），止水套管用4寸管。钻孔在7m探透采空区，取出钻杆，如钻孔出水，待水量稳定和变小后将止水套管伸入孔内，用封孔材料（水泥或聚氨酯封孔剂）封固止水套管。

（3）放水观察孔/验证孔：根据钻孔出水情况确定放水观察孔的留设，放水观察孔放水后只关闭阀门不封孔，其余探测钻孔作用完成后全段用封孔材料封严堵死；验证孔未出现涌水可直接封孔。

（4）巷道掘进至警戒线或探水线过程中发现煤壁潮湿、洇水、少量涌水等异常时，可每掘进10m根据现场情况距底3.2～3.5m处施工1个验证孔，探放水准备止水套管和阀门，在低处预留观察孔，有水则立即排放，钻孔水停流后及时对观测孔进行封孔。排放积水达到安全条件后（水位不高于底板标高2m），方可继续掘进。

（5）探孔未见水，必须及时封堵。

4.4 安全技术措施及效果验证

（1）15106工作面进风巷进入探水线至设计停掘位置按水文地质条件复杂区管理，掘进必须坚持“有掘必探、先探后掘”的原则，严格执行轮次超前探测措施，及时清排积水，确保消除水患。

（2）加强对巷道煤壁观测，发现煤柱帮煤层酥软、潮湿，煤层的稳定性差，要随时监测水情及变化，必要时采取相关补强措施。

（3）在施工验证孔和放水期间每班安排人员现场跟班，派专职瓦检员监测瓦斯、一氧化碳等有害气体。

（4）主动验证及探放期间，配备足够的防排水系统（水仓、水管、水泵、止水套管），至少配备排水能力不小于20m3/h、扬程不小于50m的排水泵两台（一台工作、一台备用），铺设4寸的排水管路一趟（进水管做为备用排水管），并跟进至掌前15m范围。

（5）12月3日，15106进风巷安全施工到位，积水区影响范围内的部分巷道掘进和支护期间均未出现渗水现象，证实YJ104-1积水排完（进入积水区域煤柱支护位置会出现涌水或渗水现象）。

5 存在的问题

由于矿井涌水量较小，日常用水和探测期间不会出现排水能力不足的情况，15106切巷底抽巷放水期间涌水量较大，造成巷道积水较多，多次关停闸门进行巷道排水；同时巷道内多处施工造空孔，造成煤粉、岩粉较多，排水过程中排水泵负荷较大，烧坏几台电机；巷道丁字口连接管为2寸管，造成排水能力有限等多个问题。公司及时组织排水泵、换管等工作解决了排水问题，避免了因无法排水而延长15116进风巷到位时间。

图4 15106进风巷剖面图

6 结语

通过本次底抽巷及顺槽综合探放水工程，使15106进风巷水害的危险降至最低，保证了人员财产的安全，提前解放进风顺槽，缩短衔接时间，同时也为将来寺家庄矿同类小煤柱探放采空区积水积累了经验，进而保证巷道掘进工作效益的提升。整个设计体现了现代化矿井的安全、高产、高效、低能耗生产的理念。掘进巷道探放水工程在煤矿生产过程中是不可缺少的工作，因此煤矿管理人员、技术人员需要加以重视，以确保煤矿防治水安全。