四臺(tái)煤礦上覆老空積水防治的技術(shù)研究

劉師文 谷松

(同煤集團(tuán)四臺(tái)礦地測(cè)科,山西大同 037000)

四臺(tái)煤礦上覆老空積水防治的技術(shù)研究

劉師文 谷松

(同煤集團(tuán)四臺(tái)礦地測(cè)科,山西大同 037000)

四臺(tái)煤礦由于資源枯竭而逐漸延伸至石炭系,其主要原因是煤層在采掘時(shí)的間距過(guò)大。不能由石炭系煤層向煤礦上覆老空積水區(qū)進(jìn)行井下探放水,這就使得上覆老空積水施放與探測(cè)成為亟待解決的重要問(wèn)題。而本研究的重點(diǎn)就是對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行徹底解決,并以同煤集團(tuán)四臺(tái)礦為例,不斷改進(jìn)與優(yōu)化生產(chǎn)實(shí)踐中上覆老空積水防治理論。對(duì)四臺(tái)煤礦上覆老空積水防治措施進(jìn)行分析與研究,對(duì)同煤集團(tuán)在今后煤礦的采集極具現(xiàn)實(shí)意義,尤其是對(duì)同煤集團(tuán)在未來(lái)對(duì)石炭系煤層進(jìn)行開(kāi)采時(shí)的水患排查與水患防治等各個(gè)領(lǐng)域均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,本文通過(guò)對(duì)不同層間距的上覆小窯采空積水的探放技術(shù)進(jìn)行分析,并提出防治對(duì)策。

老空積水 層間距 物探 裂隙導(dǎo)水 防治技術(shù)

由于近些年四臺(tái)礦井田范圍內(nèi)小煤礦的關(guān)閉，使得在礦井生產(chǎn)范圍內(nèi)逐漸產(chǎn)生了因?yàn)閺U棄煤礦而出現(xiàn)的新導(dǎo)水通道與積水源。關(guān)閉廢棄礦井過(guò)程中水害防范與監(jiān)測(cè)措施的缺乏，缺少礦井水文地質(zhì)資料可能誘發(fā)不可抗拒變化的理論分析與研究，無(wú)法系統(tǒng)、有效的管理與整理廢棄礦井工程。不重視廢棄井老空積水防范準(zhǔn)備工作，最終導(dǎo)致突水事故這一災(zāi)難的發(fā)生。此外，四臺(tái)煤礦由于資源接替而逐漸延伸至石炭系，因?yàn)槊簩釉诓删驎r(shí)的間距過(guò)大。不能由石炭系煤層向煤礦上覆老空積水區(qū)進(jìn)行井下探放水，這就使得上覆老空積水施放與探測(cè)成為亟待解決的重要問(wèn)題。而本研究的重點(diǎn)就是對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行徹底解決，并以同煤集團(tuán)四臺(tái)礦為例，不斷改進(jìn)與優(yōu)化生產(chǎn)實(shí)踐中上覆老空積水防治理論。

1 煤礦老空積水的危害

礦井水害問(wèn)題歷來(lái)是制約煤炭資源開(kāi)發(fā)的首要問(wèn)題，同時(shí)也影響同煤集團(tuán)四臺(tái)礦的安全生產(chǎn)。近期國(guó)內(nèi)水害事故頻繁發(fā)生。到目前為止，煤礦安全問(wèn)題逐漸成為與建設(shè)和諧社會(huì)、落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀不相適應(yīng)的一道音符。所以，在新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，怎樣不斷強(qiáng)化煤礦事故防治工作，對(duì)煤礦水害事故進(jìn)行有效遏制，進(jìn)一步平穩(wěn)我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)，是擺在煤礦企業(yè)面前的迫切任務(wù)與重要課題，根據(jù)筆者多年的煤礦防治水工作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，若要將煤礦防治水工作切實(shí)搞好，必須做到以下幾點(diǎn)：一、因地制宜，針對(duì)層間距不同，有針對(duì)性的編制探放水設(shè)計(jì);二、采用物探先行、鉆探驗(yàn)證、化探跟進(jìn)的綜合探測(cè)方式;堅(jiān)決避免發(fā)生重大透水淹井事故，為確保煤礦安全生產(chǎn)和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全提供有效依據(jù)。

2 層間距在60-80米的老空積水防治技術(shù)

針對(duì)層間距60-80米的小窯采空區(qū)積水，首先聘請(qǐng)資深單位對(duì)工作面進(jìn)行地面物探，確定低阻異常區(qū)域;而后針對(duì)小窯布設(shè)規(guī)律根據(jù)現(xiàn)有的小窯資料推測(cè)出小窯破壞范圍;第三，根據(jù)煤層底板等高線及巷道斷層等裂隙處頂板淋水情況，綜合分析后科學(xué)布設(shè)放水孔，根據(jù)放水孔施工后的出水情況及時(shí)調(diào)整放水孔的參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)打，針對(duì)物探異常區(qū)域，放水孔設(shè)計(jì)以兩個(gè)放水孔終孔間距不大于8米的原則對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行全覆蓋、無(wú)盲區(qū)驗(yàn)證。從地面對(duì)鉆孔進(jìn)行布置，穿過(guò)采煤層巷道與積水區(qū)實(shí)施貫通防水，被稱(chēng)為直通式放水法。傳統(tǒng)意義上的探放水，指的是煤層下部掘進(jìn)巷道中對(duì)積水區(qū)域施工放水鉆孔，進(jìn)行放水。通常要求層間距在50m以下，斜向上打孔，所選用鉆機(jī)可以使Tux-150或者是Tux-75，然而，有時(shí)以上方法也不適合使用。即使可以鉆到足夠深，然而，在打通鉆孔之時(shí)，孔口水壓大約為2.4Mpa，工作人員根本不能在孔口處工作。

此外，如果出現(xiàn)以下情況，可對(duì)地面打井抽水予以考慮：a.一些煤礦上覆老空積水區(qū)周邊未設(shè)置足夠的空間或者巷道，不能從本層實(shí)施井下放水;b.如果煤礦積水區(qū)下方未設(shè)置掘進(jìn)巷道，那么地面就不能對(duì)下部煤層巷道進(jìn)行施工放水鉆孔，同時(shí)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)放水;c.在積水區(qū)域下方巷道掘進(jìn)期間或者掘出后，對(duì)煤礦施工地面實(shí)施放水鉆孔，但是時(shí)間沒(méi)有辦法趕上的情況下，即有打放水鉆孔的條件，但是沒(méi)有充足時(shí)間的情況下。四臺(tái)礦曾采用抽水措施對(duì)古塘積水進(jìn)行排放。此種鉆孔孔徑相對(duì)來(lái)說(shuō)較大，一般為0.4m，且排水管和潛水泵相連接，由鉆孔孔口向積水區(qū)以下延伸。煤礦上覆老空積水地面施工中所實(shí)施的抽水鉆孔，具有較高的鉆孔成本和較高的排水成本，而且還受到其它各因素的限制，像取電遠(yuǎn)、地面不能設(shè)排水溝等一系列問(wèn)題。

例如，同煤集團(tuán)四臺(tái)礦12-1#層412盤(pán)區(qū)81216面走向長(zhǎng)1732米，傾向長(zhǎng)180米，煤厚平均2.64米，煤層整體呈兩端高、中部低的向斜構(gòu)造，上覆為三臺(tái)灣礦8#層小窯采空區(qū)，層間距平均62.4米，8#層小窯采空范圍不詳，但地面走訪調(diào)查后發(fā)現(xiàn)三臺(tái)灣礦8#層采空區(qū)內(nèi)有大量采空積水存在。針對(duì)上述情況，四臺(tái)礦首先聘請(qǐng)山西省115地質(zhì)勘擦院對(duì)工作面進(jìn)行地面物探，物探結(jié)果顯示8#層有2處低阻異常區(qū)，分別位于工作面的中部和切巷附近，工作面中部的異常區(qū)域面積3.12萬(wàn)m2，南北走向長(zhǎng)156米，東西走向長(zhǎng)261米。通過(guò)對(duì)工作面兩順槽的頂板淋水觀察后發(fā)現(xiàn)，12-1#層412盤(pán)區(qū)51216巷中部的低阻異常區(qū)對(duì)應(yīng)井下位置向東50米處有部分?jǐn)鄬恿严秾?dǎo)水跡象，根據(jù)斷層的傾向推測(cè)導(dǎo)水水源位于物探低阻異常區(qū)內(nèi)，并且低阻異常區(qū)為工作面的局部低洼處，因此決定在物探異常區(qū)域施工井下探放水孔，第一個(gè)鉆孔于2天后按照設(shè)計(jì)位置準(zhǔn)確打通，目測(cè)水壓較大，對(duì)其測(cè)試后顯示為0.72MPa，對(duì)鉆孔出水取樣化驗(yàn)PH值5.4為酸性水，根據(jù)水壓等資料初步推測(cè)8#層采空積水量16.8萬(wàn)m3，而后又施工放水孔9個(gè)，其中6個(gè)打通有水，3個(gè)打在實(shí)煤上。為了驗(yàn)證切巷處的物探異常區(qū)域，在切巷處施工7個(gè)放水孔，終孔間距8米，均打在實(shí)煤上，工作面共計(jì)施工放水孔34個(gè)，9打在實(shí)煤上，18個(gè)打通無(wú)水，7個(gè)打通有水，工作面共計(jì)排水18.8萬(wàn)m3，現(xiàn)該工作面已安全回采完畢。

3 層間距60-80米老空積水防治工作的難點(diǎn)和重點(diǎn)

礦井周邊小煤窯早期越層越界開(kāi)采形成的巷道和采空資料不詳，并且采空區(qū)內(nèi)往往存有大量采空積水，同時(shí)由于層間距厚，井下工作面巷道頂板淋水無(wú)法顯現(xiàn)，難以確定具體的采空積水區(qū)域，此類(lèi)采空積水排放的難度較大。

此類(lèi)水患防治的工作重點(diǎn)是，首先進(jìn)行地面物探，找出異常區(qū)域;而后根據(jù)井下斷層導(dǎo)水位置以及斷層的走向、傾向等數(shù)據(jù)推測(cè)斷層導(dǎo)水的水源位置，最后參考煤層底板等高線趨勢(shì)，確定第一個(gè)放水孔的最佳位置，最終達(dá)到找到水源的目的，成功解除上覆小窯采空水患，確保工作面安全回采。此外，為對(duì)煤礦上覆老空積水進(jìn)行順利探訪。必須切實(shí)做好煤礦上覆老空積水探水鉆孔等前期準(zhǔn)備工作。依照采空區(qū)積水因素與相關(guān)資料對(duì)采空區(qū)積水量進(jìn)行評(píng)估，制定相應(yīng)的安全措施與施工方案，并對(duì)適合施工探水鉆孔的最佳鉆探工具進(jìn)行選擇。實(shí)際探水鉆孔施工過(guò)程中，必須依照實(shí)際情況對(duì)鉆孔施工數(shù)量進(jìn)行及時(shí)性調(diào)整。探訪老空水后，還必須對(duì)探水鉆孔進(jìn)行施工驗(yàn)證，保證已經(jīng)排除水患，能夠安全回采工作面。

同煤集團(tuán)四臺(tái)礦依照老空水賦存狀況與實(shí)際工作面情況，對(duì)相關(guān)防水實(shí)施方案與措施進(jìn)行了詳細(xì)制定，對(duì)坑道鉆機(jī)探放煤礦上覆老空積水進(jìn)行了成功運(yùn)用，從而消除了煤礦上覆老空積水所存在的安全隱患，對(duì)發(fā)生水害事故進(jìn)行了有效避免，保證了安全回采工作面，為正確治理煤礦上覆老空積水積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)四臺(tái)煤礦上覆老空積水防治措施進(jìn)行分析與研究，對(duì)同煤集團(tuán)在今后煤礦的采掘過(guò)程極具現(xiàn)實(shí)意義，尤其是對(duì)同煤集團(tuán)在未來(lái)對(duì)石炭系煤層進(jìn)行開(kāi)采時(shí)的水患排查與水患防治等各個(gè)領(lǐng)域均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，避免在采煤過(guò)程中由于上層積水所導(dǎo)致的突水事故，以做到防微杜漸，最終實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)。