忻峪煤业老空水探放技术研究与应用

徐磊

（潞安化工潞宁忻峪煤业有限公司，山西 宁武 036706）

1 工程概况

1.1 矿井地质条件

山西潞安集团潞宁忻峪煤业有限公司位于忻州市宁武县，由5 个煤矿整合而成，主要可采煤层为侏罗系2、3 号煤层，生产能力为60 万t/a。侏2号煤层为井田内大部可采稳定煤层，煤层平均总厚0.85 m。煤层顶底板岩性如图1 所示。

1.2 矿井边界条件

在井田北部、中部均有侏2 号煤层露头分布，煤层埋深浅，煤层露头附近分布有不同时期的私开小煤窑，现在虽全部彻底关停，并已全部填埋，但对区内侏2 号煤层部分资源已造成破坏。私开小煤窑在井田内外分布广泛，大部分为斜井开拓，少数为立井开拓，巷道自井口一般延伸约100 m，最长可达150 m，采煤方法以掘代采，形成了大面积的采空区。部分小窑空区情况见表1。

2 水文地质条件分析

2.1 井田主要含水层

（1） 砂岩裂隙含水层。该含水层主要位于井田边界的东侧，岩性以中—细粒砂岩为主，岩层的平均厚度为6 m。井田西部距离宁静向斜轴部1.5～5.5 km 处的裂隙水承压，压力较小，补给来源较少，水量小，含水性弱。据ZK201 孔J2d 抽水试验资料，该层水位标高为1 712.253 m，涌水量为0.018 L/s，单位涌水量为0.000 239 L/s·m，渗透系数为0.21 m/d。

（2） 基岩风化带裂隙含水层。该含水层在井田范围内局部发育，由于受多个大地质构造的影响，井田范围内多处发育有河谷，谷底海拔较低，地面岩层受风化的影响较大，岩层内各种裂隙发育。该含水层的主要补给水源为大气降水，降水落到地面后，流向低谷。该含水层含水量小，富水性差。根据实测，最大流量低于0.5 L/s。据ZK201孔基岩风化带抽水试验资料，该层涌水量为0.281 L/s，单位涌水量为0.003 08 L/s·m。

图1 2 号煤顶底板岩性Fig.1 Lithology of roof and floor of No.2 coal seam

表1 部分小窑空区统计Table 1 Statistics of goaf in some small kilns

2.2 井田主要隔水层

侏2 号煤层以下的隔水层主要是泥岩，主要发育在井田的北侧和东侧，平均厚度为120 m。泥岩的隔水性能较好，阻止了砂岩裂隙水向上移动。但在矿区内起控制作用的隔水岩层主要为侏罗系云岗组灰色泥岩，厚约200 m，层位稳定，遍布整个矿区。

2.3 地质构造与水文地质的关系

宁静向斜是本区域最大的褶皱构造，长90 km，宽30 km。向斜轴走向北东—南西向，且北东端扬起。北西翼为芦芽山系，倾向南东，倾角为15°～70°；南东翼为云中山，倾向北西，倾角为16°～68°。总的来看，从两翼到轴心，岩层倾角由陡到缓，北西翼比南东翼岩层倾角大。受该向斜的影响，区域内发育有大量的断层等地质构造，许多地下泉水出露，如红土沟和馒头山泉，还有东翼的任家村泉和杜家村泉等。在化北屯附近施工的部分钻孔有涌水现象，如ZK1405 孔钻进至400 m（大同组） 时突然涌水，涌水量可达6.983 L/s，水头高度为13.85 m。因此区域地质构造对地下水储存、运移起着主要控制作用。

2.4 涌水量计算

采用富水系数比拟法和地下水动力学法对侏2号煤层先期开采地段进行涌水量预算。

（1） 富水系数比拟法。该方法是计算矿井涌水量的一种常用方法，计算公式如下：

式中：Q 为矿井涌水量，m3/d；Kp- 为煤层富水系数，m3/d；P- 为矿井产量，t/d。

代入计算可得，侏2 号煤层预测的正常涌水量为334 m3/d，最大涌水量为535 m3/d。

（2） 地下水动力学法。

式中：M 为含水层总厚度，m；H 为静止水位到疏干标高的距离，m；S 为水位降深，m；K 为渗透系数，m/d；R 为影响半径，m；r0为引用半径，m。

代入计算可得，开采侏2 号煤时的矿井涌水量为2 870 m3/d。

对比以上2 种方法计算结果，建议开采侏2 号煤时矿井正常涌水量可采用2 100 m3/d，最大矿井涌水量采用2 900 m3/d。

3 老空水探放技术研究

采用钻孔探放、注浆堵水等多种方式对老空水进行治理。

3.1 钻孔探放水

（1） 确定积水点。工作面掘进结束后，对顺槽的底板标高进行实测，测点间距10 m。部分底板标高变化较大的区域测点间距取5 m。以此绘制实测的煤层底板等高线图。根据此图确定两巷的最低点为老空区的积水点。

（2） 钻场的确定。为尽量减小对工作面回采的影响，钻场布置在工作面停采线以外，对巷道煤壁进行扩帮设置钻孔，布置钻探设备。

（3） 钻孔施工。根据测算，老空水的水压不大于1.0 MPa，确定钻孔孔径为146 mm，分三级套管，直径分别为127、108、89 mm。

（4） 钻孔封孔。各级套管均采用快硬硫铝酸盐水泥进行封孔。封孔结束24 h 后进行耐压试验，试验压力为3 MPa，打压时间不小于20 min，如果出现漏水，则重新封孔，直至封孔合格。

3.3 其他老空水探放技术

（1） 浅部做截水巷技术。为减少浅部地下水向深部径流，在井下有地表露头的区域，留着一定宽度的防水保护煤柱，同时掘进1 条巷道作为专门的泄水巷，减少地表水向采区的流动。同时截流大气降水和地表水对矿井水的补给，实行浅水浅排，能有效保证煤层露头附近的开采。

（2） 注浆堵水技术。忻峪煤矿2 号煤底板含水层主要为砂岩，由于含水层附近地质构造和裂隙发育，在工作面回采的影响下，工作面底板与顶板的含水层之间容易发生水力联系，在相邻工作面回采时有可能造成突水。因此，在浅部截水巷内打钻，对巷道掘进和工作面回采中揭露的破碎带进行注浆加固，封堵充填其中的裂隙，增强底板岩层的隔水性能，保证工作面回采的安全。

（3） 布置泄水巷。工作面两巷掘进时，在运输巷布置泄水巷，每隔15 m 布置1 条，在泄水巷与运输巷之间通过联络巷相连。在泄水巷内安装排水泵和排水管路，工作面掘进和回采中的水可以集中到泄水巷中排出，保证正常的工作面生产。

（4） 设计防排水系统。在工作面和采区设计时，考虑建立1 套强排水系统，在采区泵房处增大安装大流量的排水泵，建立从采区泵房到工作面、掘进头的排水系统，确保可以将工作面回采和巷道掘进中的涌水及时快速的排出。

3.4 工程效果

侏2 号煤层工作面施工了12 个钻孔探放水，放水量超过10 万m3，基本疏干了工作面附近的老空水，工作面回采中未出现老空突水，仅部分地段出现了淋水，对工作面回采影响较小。

4 结 语

忻峪煤业有限公司侏2 煤层的矿井最大涌水量为2 900 m3/d，通过采用钻孔探放水、截水巷、注浆堵水、泄水巷等措施对老空水进行了疏放，工作面回采中水量较小，实现了安全回采，为类似条件下的老空水治理提供参考。