那讀煤礦上部采空區(qū)巷道探放水設(shè)計(jì)的策略分析

陳 峰（廣西壯族自治區(qū)右江礦務(wù)局有限公司，廣西田東縣531501）

那讀煤礦上部采空區(qū)巷道探放水設(shè)計(jì)的策略分析

陳 峰（廣西壯族自治區(qū)右江礦務(wù)局有限公司，廣西田東縣531501）

近年來(lái)，隨著礦山資源整合的開(kāi)展，多煤層開(kāi)采日漸增多，對(duì)上部采空區(qū)積水情況進(jìn)行探放水日益重要，本文主要分析那讀煤礦上部采空區(qū)防水設(shè)計(jì)施工的策略研究，解決上部采空區(qū)積水對(duì)下部開(kāi)采煤層的安全威脅，對(duì)煤礦上部采空區(qū)水害防治具有重要借鑒意義。

采空區(qū)；探放水；物探；鉆探中

1 工程概況

那讀煤礦位于廣西田東縣境內(nèi)，井田面積4.5259km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力9.0萬(wàn)t／a，2007年核定生產(chǎn)能力19萬(wàn)t／a，主采煤層為三煤層和四煤層。目前三煤層基本采完，四煤層還沒(méi)有開(kāi)采，2014年委托廣西宏亞設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限責(zé)任公司進(jìn)行四煤開(kāi)采設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)服務(wù)年限7.6a。

（1）開(kāi)拓方式：斜井開(kāi)拓。

（2）采煤方法：根據(jù)煤層賦存條件，采用走向長(zhǎng)壁采煤法，采用全部垮落式管理頂板。

（3）回采工藝：采用普通機(jī)械化采煤工藝。

（4）掘進(jìn)工藝：鉆眼爆破+扒渣機(jī)裝巖掘進(jìn)。

（5）巷道支護(hù)方式：現(xiàn)有的井巷采用原有的支護(hù)，新掘的下山采用錨噴支護(hù)，新掘的順槽采用金屬支架支護(hù)。

（6）提升與煤炭運(yùn)輸方式：主斜井采用絞車(chē)提升煤炭，無(wú)極繩下山采用無(wú)極繩絞車(chē)提升煤炭，北一猴車(chē)道裝備架空乘人裝置運(yùn)送人員上下井。

水文地質(zhì)構(gòu)造：那讀煤礦為單斜構(gòu)造，煤巖層傾角小于10°，主采3煤和4煤層，充水水源主要是煤層頂板及其上部的砂巖裂隙含水層、上部采空區(qū)積水和少量地面降水補(bǔ)給，礦井正常涌水量q＜30m3/h，最大涌水量120m3/h。

2 礦井采空區(qū)積水情況

2.1 周邊小煤窯的采空區(qū)積水

礦井開(kāi)采四號(hào)煤層，煤層頂板砂巖裂隙水和三號(hào)煤層采空區(qū)積水為主要的充水水源。該區(qū)域的地層總體為向北西傾斜，東南部在井田邊界外，埋藏較淺，導(dǎo)致三號(hào)煤層露頭。三號(hào)煤層周邊采空區(qū)內(nèi)有多處積水，三號(hào)煤層頂板砂巖裂隙水與基巖風(fēng)化帶裂隙水容易引發(fā)水力聯(lián)系。4號(hào)煤層和3號(hào)煤層間距5～12m，四煤層開(kāi)采后頂板形成斷裂，溝通上部三煤層采空區(qū)積水。那讀煤礦井田東南部露頭一帶歷史上小煤窯較多，2008年 7月21日在三煤層掘進(jìn)過(guò)程中曾發(fā)生特大透水事故，下部四號(hào)煤層受到上覆煤層采空區(qū)積水威脅的可能性較大，因此，確定3號(hào)煤層采空區(qū)積水為主要涌水來(lái)源。

2.2 井田內(nèi)三煤采空區(qū)積水

那讀煤礦主采煤層為三號(hào)煤層和四號(hào)煤層，上部三號(hào)煤層基本采空，三號(hào)煤層上部為那讀組，厚96～213m，平均154m。由泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、炭質(zhì)泥巖、煤成組成。只有砂巖類(lèi)為含水層，單層厚度多0.5～2m，少量可達(dá)5m厚。由于砂巖含泥質(zhì)較多，其透水性也不好。一般砂巖體也是透鏡狀，各砂體間有泥巖相隔，連通性也不好，這都影響地層的透水性。據(jù)16602孔統(tǒng)計(jì)，那讀組含水層厚度9.54m，該孔抽水試驗(yàn)得單位涌水量為0.00728L/s·m，滲透系數(shù)為0.0767m/d，井田范圍內(nèi)，3號(hào)煤層采空區(qū)有積水，采空區(qū)位置和積水范圍已初步圈定，并對(duì)積水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)估算。

3 探放水設(shè)計(jì)與施工

3.1 探放水設(shè)計(jì)

巷道掘進(jìn)和采面探放水?dāng)M進(jìn)入采空區(qū)后，每30m設(shè)置1個(gè)探放水點(diǎn)，采用礦用ZDY650（MK-3）全液壓鉆機(jī)作業(yè)，鉆頭：φ75mm，鉆桿直徑：φ42mm，鉆桿采用0.6m可連接鉆桿，附止水套。分超前鉆探和頂部鉆探，每個(gè)探放水點(diǎn)超前鉆探布置3個(gè)鉆孔。

根據(jù)物探結(jié)果，在掘進(jìn)工作面合理布置鉆孔，對(duì)施工區(qū)域存在的異常地區(qū)進(jìn)行鉆探。超前鉆探深度為60m，頂部鉆探深度12m。逐根鉆桿探記錄放水情況，遇異常地段，認(rèn)真分析原因并進(jìn)行處理；出水量過(guò)大，則立即停止鉆進(jìn)，保持放水，加強(qiáng)觀察；如鉆機(jī)正常工作條件下不反水，可能是遇到了采空區(qū)或斷裂帶；如突然增大鉆機(jī)反水，有明顯的水流壓力，有可能是存在積水區(qū)。根據(jù)具體情況，采取有效的安全措施，保證探放水施工的安全性。

3.2 探放水施工

（1）探放水的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行探水前，先要對(duì)排水系統(tǒng)得完備性進(jìn)行檢查，確保所需的排水設(shè)備已經(jīng)配齊配足，并做好檢修工作，確保可以隨時(shí)啟動(dòng)排水系統(tǒng)。具體方法是：在工作面安裝2臺(tái)BQS（W）60-80-30/N（30kW）排污泵，設(shè)置臨時(shí)水倉(cāng)，工作面臨時(shí)水倉(cāng)至-52大巷，敷設(shè)1路φ100mm的排水管路，單路排水能力要大于60m3/h，兩路的總排水能力要大于120m3/h。采用U型鋼支架進(jìn)行永久支護(hù)，為確保鉆孔施工現(xiàn)場(chǎng)頂板、兩幫的安全性，支護(hù)要緊跟工作面，排水溝要清理干凈，確保流水通暢。按設(shè)計(jì)要求，將掘進(jìn)工作面浮矸活石清理干凈，并進(jìn)行探孔位置的布置。

（2）安裝并固定鉆機(jī)

可直接將探水鉆機(jī)安裝在巷道內(nèi)。有涌水時(shí)，需要在巷道底板進(jìn)行方木的鋪設(shè)，待方木墊平穩(wěn)后，可在方木上的合適位置安裝探水鉆機(jī)。

用錨桿在鉆機(jī)底座的4個(gè)角位置固定鉆機(jī)，固定要牢靠，錨固力應(yīng)大于64kN，用液壓點(diǎn)柱頂牢鉆機(jī)的兩側(cè)。

（3）關(guān)于探水孔的布置

超前鉆探探水孔主要鉆探四煤前方采空區(qū)積水，巷道布置于四煤煤層中，沿巷道前進(jìn)方向水平布置3個(gè)探水孔，超前探水孔60m，安全保護(hù)距離30m，掘進(jìn)長(zhǎng)度30m，呈扇形布置，確保鉆探達(dá)到全方位覆蓋，鉆孔布置如圖1～2所示。

1號(hào)鉆孔位于巷道中線(xiàn)上，巷道頂板以下1.0m，呈水平方向，與巷道掘進(jìn)方向一致。

圖1 超前鉆探探水孔布置示意圖

圖2 頂部鉆探探水孔布置示意圖

2號(hào)鉆孔位于巷道左幫，巷道頂板以下1.0m，呈水平方向，與巷道掘進(jìn)方向成30°夾角。

3號(hào)鉆孔位于巷道右?guī)?，巷道頂板以?.0m，呈水平方向，與巷道掘進(jìn)方向成30°夾角。

4號(hào)鉆孔位于巷道頂板中線(xiàn)上，與巷道頂板呈垂直方向。

5號(hào)鉆孔位于巷道頂板左幫，與巷道剖面中線(xiàn)成30°夾角。

6號(hào)鉆孔位于巷道頂板右?guī)?，與巷道剖面中線(xiàn)成30°夾角。

實(shí)際施工中，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及實(shí)際需要、煤層傾角，對(duì)鉆孔角度進(jìn)行調(diào)整和增設(shè)鉆孔。如果工作面無(wú)法布置鉆場(chǎng)，則在工作面一側(cè)開(kāi)辟1個(gè)臨時(shí)鉆場(chǎng)，做好臨時(shí)支護(hù)。鉆孔布置方法跟上述的一樣。

（4）孔口管的埋設(shè)

孔口管主要是用來(lái)為鉆孔導(dǎo)向，另外還具有鉆孔內(nèi)突水及時(shí)關(guān)閉閘閥或控制出水量的作用。水平超前探放水孔口管采用φ76.2mm的鋼管，長(zhǎng)度要大于10m。在孔口管上安裝壓力在2.5MPa的高壓閘閥。在進(jìn)行孔口管埋設(shè)時(shí)，孔口管尾端應(yīng)露出巖面100～200mm，有利于閥門(mén)的安裝?？卓诠苈裨O(shè)前，要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，確保試驗(yàn)壓力大于注漿壓力約1MPa。將孔口管埋設(shè)好后，采用水泥漿充填周?chē)惭b注漿管，采用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行充填。鉆孔探水施工完畢后，組織有關(guān)人員進(jìn)行物探結(jié)果的驗(yàn)證，并給出結(jié)論。當(dāng)施工到老空區(qū)、積水區(qū)域前10m時(shí)，要進(jìn)行短探驗(yàn)證。

4 放水的技術(shù)要求

（1）鉆孔探到水后，要進(jìn)行水量、水質(zhì)、水壓的測(cè)定，估算出積水量。依據(jù)礦的排水能力，確定放水孔的流量，同時(shí)還要及時(shí)進(jìn)行水溝、水倉(cāng)的清理。

（2）增加放水地點(diǎn)的通風(fēng)、有害氣體的觀測(cè)次數(shù)。

（3）安排專(zhuān)職人員進(jìn)行鉆孔放水，并觀察鉆孔得出水狀況，測(cè)定水量與水壓，并進(jìn)行記錄。如果發(fā)展水量變動(dòng)，應(yīng)立即匯報(bào)礦調(diào)度室，分析起因并進(jìn)行解決。

（4）放水的整個(gè)過(guò)程要全程觀察，放水完成后，需要對(duì)積水量與放水量的偏差進(jìn)行計(jì)算，并調(diào)查清楚出現(xiàn)原因。

5 探放水的安全措施

（1）探水的巷道不能存在低洼聚水段。

（2）巷道的支護(hù)應(yīng)牢靠，不應(yīng)有高掛棚腿，頂與幫要背緊，斜巷要有撐桿，確保巷道有很強(qiáng)的抗水流沖擊能力。

（3）在探水鉆孔有效掌握界限之內(nèi)進(jìn)行探水巷務(wù)的掘進(jìn)，探水孔的幫距、孔間距、超前距要符合設(shè)計(jì)要求。在每一次探水后和掘進(jìn)前，都要確立掛牌制度，并在開(kāi)口點(diǎn)設(shè)置標(biāo)志。

（4）探放水的地點(diǎn)務(wù)必要將報(bào)警裝置和電話(huà)安裝好。

（5）強(qiáng)化出水前兆的查看，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)馬上中止作業(yè)，解決問(wèn)題后方可重新開(kāi)啟。問(wèn)題嚴(yán)重時(shí)應(yīng)立刻發(fā)出警報(bào)，撤離全部受水威脅的人員。

（6）務(wù)必向受水威脅的人員詳細(xì)講解報(bào)警信號(hào)和避災(zāi)線(xiàn)路。

（7）盡可能防止在雨季進(jìn)行放水工作。

（8）探放水人員應(yīng)遵守準(zhǔn)許的設(shè)計(jì)施工，未經(jīng)單位批準(zhǔn)同意，不得私自進(jìn)行設(shè)計(jì)的更改。

6 結(jié)語(yǔ)

本文按照國(guó)家煤礦設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，對(duì)探放水巷道進(jìn)行設(shè)計(jì)，布置探放水鉆孔和孔口安全裝置，制定施工方法與預(yù)防措施，詳細(xì)的概述了煤炭礦山巷道掘進(jìn)探放水設(shè)計(jì)的內(nèi)容，旨在為煤礦巷道探放水設(shè)計(jì)提供一定的參考。

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TD745

A

2095-2066（2016）05-0122-02

2016-2-2

陳 峰，工程師，1996年畢業(yè)于河南焦作礦院，地質(zhì)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)任廣西右江礦務(wù)局有限公司那讀煤礦礦長(zhǎng)。