矿井水害防治技术的改进方案与应用研究

2021-01-10尉海潮

山西化工 2020年6期

尉海潮

(同煤集团燕子山矿，山西大同 037000)

引言

目前，矿井水害问题越发突出，其中采空区积水事故约占矿井水害事故的75%左右[1]，究其原因是没有严格按照探放水的要求进行积水排放，在有积水征兆的情况下仍然进行开采作业，因此，要预防矿井水害事故，就要将工作重点放在采空区探放水工作上，对煤层掘进过程中探放水方案及工艺进行改进优化。

1 充水因素分析

1.1 顶板裂隙水

某煤矿属可开采煤层中有裂隙带含水层，含水层水位标高为1 064.81 m，涌水量为2.633 L/s，煤层渗透系数为0.218 m/d，含水性较弱。

1.2 底板奥灰水

煤矿的奥灰水水位标高为1 062 m，且与开采煤层的隔水层厚度为108 m，水压为3.6 MPa，突水系数为0.03 MPa/m，在正常的开采情况下不会对煤层产生影响，但通过钻孔、导水断层等会对开采煤层进行补给，是间接充水水源。

1.3 采空区积水

工作面上覆有采空区，采空区的积水量约26 000 m3，积水面积约455 969 m2，容易引发水害事故[2]，对开采造成严重影响。

因此，开采掘进的主要充水因素是工作面上覆的采空区积水，积水也会通过裂隙带与含水层导通，形成导水通道，影响矿井的安全生产。

2 原探放水方案

2.1 探放水钻孔布置

设计探放水钻孔时，要考虑超前距、钻孔间距、两帮距离、允许最大掘进距离，原探放水方案的参数为超前距30 m，两帮距离30 m，允许最大掘进距离70 m，由于要探测采空区积水，钻孔间距设为3 m进行布孔[3]。

2.2 采空区超前探工程布置

在进行布孔时，由于终孔的垂距要小于1.5 m，将第一次的钻孔均向上调节0.6°，第二次的钻孔均向上调节0.3°，第三次的钻孔均向上调节0.9°，以确保终孔时的垂距，探放水孔均是煤层孔，在顺槽第一次共布置9个钻孔，倾角为0.6°，钻孔深度为200 m，各方位角情况如表1所示。

表1 第一次探放水钻孔方位角

3 改进后探放水方案设计

3.1 探放水设计原则

1) 施工队在进行探放水时要考虑实际积水区域的范围，注意观察煤柱的涌水情况，及时对涌水进行疏放。

2) 探放水孔的孔径为75 mm，验证孔的开孔孔径为75 mm，止水套管的长度为4 m，直径为4寸，钻进7 m后将钻杆取出，如果钻孔处有水流出，在水量变小稳定后将止水套管放入孔内，采用水泥将止水套管封固[4]。

3) 根据钻孔的实际出水情况来布置观察孔，观察孔不进行封孔，其余的钻孔在放完水后直接进行封孔，确保孔口堵死，如果探测孔没有出水，也要及时进行封堵。

4) 在掘进的过程中，如果煤壁上出现少量渗水或潮湿等现象时，每向前掘进10 m，要在离底板3.2 m处施工验证孔，在低处留设观察孔，准备止水套管和阀门，有水流出则立即进行排放，排空后要及时封孔，在水位低于底板的标高时再向前掘进。

3.2 探放水改进方案

为了实现安全开采，采用物探和钻探相结合的方法进行超前探放水，物探超前探测使用的是防爆数字直流电法仪，一般勘探距离设为80 m，在循环探测时，相邻两个探测的要叠加20 m。钻探时沿顺槽的掘进方向，三个钻孔呈扇形布置，对每个孔依次进行钻探验证，探放水孔的布置图如图1所示，钻孔方向与巷道走向夹角为40°～50°，开口离底板的距离为1.5 m，钻孔角度与煤层倾角相同均为0.6°，钻探掘进距离100 m，允许最大掘进距离为70 m，提高安全性，三个钻孔的方位角依次为67.7°、79.7°、91.7°，在确保水压低于15 MPa时再向前掘进。

图1 改进钻孔布置图

3.3 探放水工艺改进

1) 预先挖好水泵窝，设置好排水系统，将水泵窝挖在巷道的最低处，便于后续的集中排水，配备2台水泵，一台工作一台备用，工作水泵与排水管连接，将水排到运输胶带处。

2) 钻孔时采用直径为43 mm的钻头，最终成孔时采用直径为50 mm的钻头，钻进1.5 m后，先将控水管和控水阀门一同打入钻孔中，再将钻杆插入控水管继续进行钻孔，在成孔后拔出钻杆，同时装上引水管，有效避免由于水压过大而出现钻杆不易拔出、或是钻杆拔出后放水控制器不能及时打入钻孔中的现象，减少了因煤壁塌陷而出现的水害事故，提高了探放水的安全性。

3) 成孔后将引水管引入水泵窝中，通过水泵窝进行集中排水，同时控制放水量，提高放水的效率。

4) 在超出探水线20 m后，打开排放水控制器，在掘进过程中进行排水。

5) 在积水排干净后，将控制器拔出，并对放水孔进行封孔。