正帮煤业防治水措施实践与探讨

赵海鹏

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司地测处山西介休032000）

1 矿井概况

近几年，煤矿老空水害事故频频发生，其原因：主要是以往小煤窑资料缺失，对小煤窑开采范围、积水分布情况掌握不清，防治水措施落实不到位等原因。山西省多数煤矿受老空水威胁，小煤窑破坏严重、积水范围、空间分布情况不明是防治水最大的困惑，增加了探放水工作量和难度，存在较大安全风险，已成为威胁煤矿安全生产的主要隐患。正帮煤业隶属于山西焦煤汾西矿业（集团）有限责任公司，井田面积11.651 4 km2，批准开采4-11 号煤层，生产规模120 万t/a，地形地貌属黄土高原低山丘陵区，由3座煤矿整合而成，目前开采11号煤层，断层、陷落柱较发育，一采区还存在古河流冲刷影响；矿井采用斜立井混合开拓方式，采用对拉长壁后退式开采，开采深度180 m～230 m左右。

2 区域地质、水文地质情况

正帮煤业井田位于霍西煤田的北部，灵石矿区西北部，汾孝矿区交子里精查勘探区的东南部，霍西煤田的北部，西有吕梁复式背斜，东有霍山背斜；井田构造总体上向北东倾斜，在此基础上呈褶曲组合构造，发育有S1、S2、S3、S4、S5、S6背向斜褶曲，地层倾角3～14°，有断层、陷落柱，但不影响采区合理划分和采煤工作面连续推进。井田位于郭庄泉域东部边缘，属郭庄泉域径流区，汾河水系，地表水不甚发育，各可采煤层的最低标高均高于奥灰水水位，奥灰水对煤层开采无威胁。

3 小煤窑破坏情况及分布特点

正帮煤业9号煤层直接顶板为K2灰岩含水层，周边矿井已多年开采下组煤，对太灰含水层进行了有效疏放，太原组灰岩含水层富水性差，对煤层开采影响较小。正帮煤业由3座煤矿整合而成，开采时间较长，井田周边还有7座关闭小煤窑，井田内及周边有27个小煤窑井筒，以前小煤窑越界开采情况较多，综合分析在井田内共有8处采空积水区，估算积水量为167万m3，对正帮煤业安全生产造成严重威胁。9 号、10 号煤层破坏严重，11 号煤层存在空巷，据小煤窑调查资料和井下实际揭露情况，小煤窑采空区多以两种形式出现。

3.1 网状采空区

小煤窑主要以巷道形式进行回采（房柱式），破坏区巷道纵横交错呈网格状，采空区以大量空巷形式存在，多数发生冒落，采空区覆岩没有明显裂隙或弯曲下沉现象，回采率低仅45%左右，原岩庄小煤窑采用这种方式；东西回风大巷在掘进至N65点前28 m时开始揭露第一条岩庄10 号煤空巷，之后约每隔25 m～30 m 揭露一条，形成网状采空区面积约1 801 536 m2，见下图。

图1 形成的网状采空区

3.2 独头巷道采空区

这种形式的采空区一般开采规模较小，以巷道或掘进方式私挖乱采，没有工作面设计，以9 号煤层为主，9号煤层顶板为K2灰岩，便于顶板管理，巷道分布极不规律，当时为了排水常形成独头巷道，或者遇断层、陷落柱时形成的独头废巷等，回采率非常低仅达25%左右，形成破坏范围约34 939 m2。例如11101 回风顺槽施工探巷揭露的9 号煤层采空巷道，经侦查实测，一条主巷，5个独头，3个采场，见下图。

图2 9号煤层采空巷道

4 老空水防治技术路线及方案

（1）以综合物探和钻探验证相结合，严格执行“有掘必探、探掘分离”措施为主要手段。

（2）采用交叉掩护掘进的方式进行探放水，始终保持一条巷道超前探放水。采取“长、短探”相结合的探放水工艺，长探保障超前距及帮距，短探主要是加密钻孔进行验证，以保证不漏掉小窑空巷。

（3）经对地面废弃井筒、老空水资料反复进行排查、核实和地面物探相结合，废弃井筒必须用全站仪精准实测，初步分析确定老空区范围、积水重点区域。

（4）针对小煤窑破坏区内的断层、陷落柱、物探异常区等变化地段按积水区对待，重点进行探测。

（5）对见采空区钻孔、出水钻孔、地质构造异常钻孔进行测井分析，实现“一孔一视频”管理。

5 老空水防治措施

5.1 排查、核实和搜集小煤窑资料

（1）由专人负责调查，老空区及废弃井筒调查做为矿井地质工作的重要组成部分来进行管理和考核，全面搜集、整理、分析调查成果，完善相关图纸及台账，编制专项小煤窑调查成果报告，每季度进行一次，雨季期间增加调查次数。重点调查、核实井筒的落底层位、充填情况，小窑建井和关闭时间、开采煤层、积水位置，并对所有废弃井筒的位置利用全站仪进行精准测量。

（2）对各时期的老窑或采空积水区实行“三线”管理，对所有非本矿开采形成的老窑积水区的探水线外推距离不得小于300 m，采掘活动在接近探水线时必须严格执行《煤矿防治水细则》第43、44 条和《山西省煤矿老空水害防治工作规定》要求。

（3）小煤窑调查内容、台账、图纸实行“三统一”管理，对调查和井巷揭露的空巷及时上图不断更新完善。

5.2 地面物探探测

地面物探主要采用瞬变电磁法。总体上看，地面瞬变电磁探测对大的积水区能够反应出低阻异常；2019年4月对二采区进行了地面物探，圈定4 个低阻异常区，同时对地面物探解释的采空及采空积水异常区施工5 个验证钻孔，其中2 个钻孔见采空，其余3 个钻孔有可能打到煤柱，下一步有待井下进行验证。

5.3 井下物探探测

井下物探采用两种方法进行超前探测，相互验证，以瞬变电磁探测为主，查清采掘工作面及周边老空水、含水层富水性及其地质构造等情况。

（1）一种使用YCS40（A）型矿用瞬变电磁仪，对掘进工作面进行超前探测，常规探测5个方向：顶板10°、顶板20°、顶板30°、顺层0°、底板-10°，每个探测方向12个点，共60个物理点，叠加参数设置为64次。在东西辅运大巷J27点前161 m,超前探测存在低阻异常，见图3；经钻探验证，累计疏放积水约1.3万m3。

图3 超前探测

（2）另一种使用YD32（A）直流电超前探测，供电电极A1、A2、A3 间距为4 m，A1 距迎头约4 m，接收电极M、N间距为4 m。在主运大巷P19点前6 m处，超前探测存在低阻异常，见下图；经钻探验证和巷道揭露，在P19点前35 m、47 m处分别揭露小窑空巷，空巷内无大面积积水，积水深0.3 m，巷道顶板垮落严重。

图4 超前探测

5.4 井下钻探工程

掘进期间以钻探为主，严格执行“物探先行、钻探验证”综合探测程序和“长、短探”相结合的探放水工艺。根据老空区调查资料、地面和井下物探成果，确定探放水的重点位置，根据煤层结构特点和相邻工作面揭露空巷情况确定探放水的重点层位。11 号煤平均厚3.1 m，10 号煤平均厚1.2 m，9 号煤平均厚1.5 m，11号煤与10号煤的层间距平均3.5 m，10号煤与9号煤的层间距平均3 m；根据调查资料，9号、10号煤层破坏严重，11 号煤层存在空巷。巷道沿11 号煤层顶板掘进，工作面超前钻探采取“长、短探”相结合的方式布置，长探设计12 个钻孔，11 号煤长探孔原则上布置5 个钻孔，上部9号、10号煤层7个钻孔，上部钻孔终孔打到9号煤层顶板K2灰岩，详见下图。

图5 钻孔设计图

短探钻孔8个，顺层方向3个，顶板方向5个，短探钻孔必须在长探钻孔允许掘进距离内施工，布置于长探孔之间或外侧，“短探”钻孔在每天检修班施工，短探超前距不得小于5 m；对9号、10号煤层充分利用其层间距，采取高角度短距离分段探测，上、下山巷道或层间距发生变化采用不同的分段长度。

当井下物探成果存在低阻异常时，针对低阻异常区结合水文地质条件，制定专项探放水设计，加密钻孔进行验证。

断层、陷落柱附近往往是老空水多发部位，因小煤窑在掘进期间遇断层或陷落柱往往停掘而形成独头积水巷道，或因断层上下移动而改变层位，巷道遇地质变化，综合分析巷道所在层位和可能积水巷道的空间关系，制定专项探放水设计加密钻探验证。对特殊地段的探放水作业，地测部门领导亲自跟班，确保探放水质量。

6 深刻汲取水害事故教训，加强防治水工作管理

老空水防治除严格落实防治水措施外，还应加强防治水工作管理，踏踏实实做好以下5个方面。

（1）定期组织矿中层干部和技术人员培训学习，逐步提升管理技术人员的业务水平和处置水灾的应急能力，因制定和落实措施均有管理人员执行，人员管理应放到第一位。把全员防治水知识培训、水害事故案例的学习教育、透水征兆知识的培训和水害应急演练等作为矿井防治水工作的一部分，长期开展下去。

（2）深刻汲取水害事故教训，用水害事故教训典型案例时刻提醒自己，警钟长鸣。

（3）必须克服侥幸心理和麻痹思想。存在老空水威胁的区域踏踏实实将探放水工作做细、做实（物探、钻探），若心存侥幸，则可能酿成恶果；老空区充水条件非常复杂，小窑采掘层位、巷道布置及井筒落底层位不清，无图纸、无资料，导致防治水工作难度大，风险程度高，当接近小窑采空区时，要不折不扣执行“有掘必探”，决不能心存侥幸。

（4）严把探放水钻孔设计、施工、有效进尺验收及允许掘进通知单下发关，落实“三方”领导责任，设计由矿总工程师负责，施工由生产矿长负责，验收由安全矿长负责，未下发允许掘进通知单严禁施工。

（5）做好采掘工作面水文地质情况分析（评价）工作，对各时期的老窑或采空积水区实行“三线”管理，对老空水推行四步工作法“一查全、二探清、三放净、四验准”，隐患未查明、水害未消除严禁施工。

7 结语

受老空水威胁的矿井小窑巷道布置错综复杂，毫无规律可循，采取多种有效手段探测，可防止水害事故发生。严格落实“物探先行、钻探验证、化探跟进”的综合防治水措施，在开掘工作面要求物、钻探全覆盖，在开采厚煤层且受小煤窑破坏区域实行“长、短探”相结合探放水工艺，在部分工作面采取“物探+钻探+巷探”等多种手段，在实践过程中是有必要的，在严格落实措施的情况下，可确保工作面安全生产。