大傾角、大孔徑探放鉆孔分區(qū)布置在采空區(qū)積水探放中的應(yīng)用

王革良，趙順利

(鐵法煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司曉明礦，遼寧調(diào)兵山112701)

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大傾角、大孔徑探放鉆孔分區(qū)布置在采空區(qū)積水探放中的應(yīng)用

王革良，趙順利

(鐵法煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司曉明礦，遼寧調(diào)兵山112701)

［摘要］通過對曉明礦N3703綜采工作面上部4層采空區(qū)充水因素的分析，預(yù)測了該工作面上部采空區(qū)的積水量，根據(jù)積水情況對工作面的影響程度進(jìn)行了預(yù)判，并提出了探放水工作采用分區(qū)布置鉆場、垂直角度大孔徑鉆孔設(shè)計(jì)、鉆孔終孔位置布置在上部采空區(qū)巷道內(nèi)側(cè)等工藝，取得了較好的探放水效果，使工作面上部采空區(qū)積水的探放工作得以順利進(jìn)行，保證了工作面安全回采。

［關(guān)鍵詞］探放水;大傾角;大孔徑;分區(qū)布置

［引用格式］王革良，趙順利.大傾角、大孔徑探放鉆孔分區(qū)布置在采空區(qū)積水探放中的應(yīng)用［J］.煤礦開采，2015，20 (2) : 95－97.

Application of Erect Bore-hole and Zoned Arrangement in Exploring Gob Water

礦井周圍的充水水源是構(gòu)成礦井涌水的潛在威脅之一，開采時充水水源能否進(jìn)入井巷，取決于是否存在充水通道。對于水文地質(zhì)條件相對簡單的礦井來說，積存在采空區(qū)和廢井巷中的水，是生產(chǎn)中最危險(xiǎn)的水患之一，探測不及時往往會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在實(shí)際工作中，多采用鉆探和物探相結(jié)合的方法解決老空水探查的問題。根據(jù)探測得到的采空區(qū)積水的范圍、位置、積水量、水頭高度等參數(shù)，進(jìn)行探放水設(shè)計(jì)。在探放水設(shè)計(jì)中，鉆孔傾角和孔徑與施工地點(diǎn)和采空區(qū)積水的位置及空間關(guān)系有關(guān)。從安全角度考慮，目前，常規(guī)鉆孔施工傾角一般小于60°，終孔孔徑一般為74mm。若鉆孔傾角過大，由于鉆桿重量過大，硐室空間狹小，則給鉆孔施工帶來安全隱患。因此，如何在確保安全的前提下，施工大孔徑、大傾角鉆孔，提高放水效果是煤礦防治水部門需要重點(diǎn)研究的課題。

1　工作面概況及采空區(qū)積水預(yù)測

N3703綜采工作面位于曉明井田內(nèi)的北三采區(qū)，采區(qū)內(nèi)可采煤層由上至下分為4層和7層，上部4層煤已回采結(jié)束，剩余7層煤未回采。采區(qū)內(nèi)煤層呈單斜構(gòu)造，煤層傾角平均12°，4煤層厚度平均為2.3m。下部7煤層厚度平均為2.4m。4，7煤層層間距平均50m。N3703綜采回采工作面上部有4個采空區(qū)，分別是N3408 (大面)采空區(qū)、N3403采空區(qū)、N3407采空區(qū)、N3408 (小面)采空區(qū)。

4煤層工作面掘進(jìn)與回采期間沒有出現(xiàn)較大的涌水現(xiàn)象，只是在采掘期間頂板局部有淋水現(xiàn)象，出水量較少。故初步判斷上部采空區(qū)積水對下部7層工作面回采影響較小。2012年2月17日，N3408大面回采過程中從采空區(qū)往外滲水，開始水量較小，后來逐漸增大。研究分析認(rèn)為:回采期間打鉆水、充填水以及大量采空區(qū)自然涌水匯聚到4層采空區(qū)內(nèi)，造成4層采空區(qū)積滿水后外溢。通過對N3408閉前涌水量1個多月的觀測可知: N3408采空區(qū)標(biāo)高要比N3403，N3407，N3408 (小面)工作面高，因此，N3403，N3407，N3408 (小面)采空區(qū)積水已滿，通過N3408大面采空區(qū)形成溢流;出水量已經(jīng)穩(wěn)定在500m3/d左右;回采N3703工作面的主要水害威脅來源于N3403，N3407，N3408(小面)，N3408 (大面)采空區(qū)積水以及采空區(qū)自然補(bǔ)給水。據(jù)歷年探放水經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)充水系數(shù)為0.15，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，預(yù)計(jì)上部4層采空區(qū)積水8.7×104m3。

2　采空區(qū)積水對回采工作面影響程度預(yù)判

工作面回采后頂板全部垮落，產(chǎn)生了垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶和彎曲下沉帶，而直接影響安全生產(chǎn)的是導(dǎo)水裂縫帶高度的計(jì)算。通過導(dǎo)水裂縫帶的高度來預(yù)判上部采空區(qū)積水對下部工作面的回采是否造成隱患。

導(dǎo)水裂縫帶經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式:

式中，H為導(dǎo)水裂縫帶高度，m; M為累計(jì)煤層厚度，取2.3m。

根據(jù)公式(1)，(2)計(jì)算得導(dǎo)水裂縫帶高度分別為35m，40.33m。導(dǎo)水裂縫帶高度取最大值40.33m，因4，7煤層層間距最小為45m，上部采空區(qū)積水對下部工作面回采有較大的安全隱患，必須在工作面回采之前放凈上部采空區(qū)的積水。

3　分區(qū)、大傾角、大孔徑探放水設(shè)計(jì)及效果

3.1分區(qū)布置

根據(jù)先期探放水鉆孔放水效果，由于煤柱導(dǎo)致采空區(qū)之間連通性較差，按原設(shè)計(jì)放水鉆孔不能全部放凈采空區(qū)積水，因此，根據(jù)探放水施工地點(diǎn)與上部采空區(qū)的空間位置關(guān)系，及時調(diào)整探放水鉆場施工位置，采用分采空區(qū)獨(dú)立探放。對上部3個采空區(qū)分別設(shè)計(jì)探放水鉆場，其中:設(shè)計(jì)3號、4號和5號3個鉆場集中對上部N3403采空區(qū)積水進(jìn)行探放; 6號鉆場對上部N3407采空區(qū)進(jìn)行探放; 7號鉆場對上部N3408 (小面)采空區(qū)積水進(jìn)行探放。探放水鉆場分區(qū)布置情況如圖1所示。采用分區(qū)布置探放水鉆孔，分采空區(qū)進(jìn)行探放后，解決了因采空區(qū)聯(lián)通性差而導(dǎo)致采空區(qū)積水放不凈的問題，加快了放水速度，確保了探放水工作的順利進(jìn)行。

3.2大傾角、大孔徑鉆孔設(shè)計(jì)

圖1　探放水鉆場分區(qū)布置

先期探放水鉆場內(nèi)施工的鉆孔傾角為45～60°，放水效果不理想。經(jīng)常出現(xiàn)不出水或堵孔情況，分析其主要原因是:鉆孔傾角小，設(shè)計(jì)長度過大，在實(shí)際施工過程中，鉆孔終孔位置不易控制;鉆孔孔徑小，放水時容易產(chǎn)生鉆孔縮徑和巖石碎塊等影響鉆孔出水效果。

針對上述問題，及時調(diào)整探放水鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)，后續(xù)探放水鉆孔均采用大孔徑、大傾角(直立鉆孔)的施工方式。鉆孔直徑由74mm調(diào)整為114mm，傾角由60°調(diào)整為90°。調(diào)整前后鉆場探放水鉆孔參數(shù)及效果見表1。

表1　探放水鉆孔參數(shù)及效果

3.3鉆孔終孔位置設(shè)計(jì)

一般探放水鉆孔終孔位置多選擇在上部采空區(qū)里側(cè)，距離上部采空區(qū)煤柱側(cè)較遠(yuǎn)，由于上部工作面回采后頂板冒落，采空區(qū)被上部垮落的巖石(體)充填，巖體與巷道底部結(jié)合較為緊密，透水性不好，對放水效果影響非常大。如3號、4號鉆場，放水孔的終孔位置均離煤柱側(cè)較遠(yuǎn)，放水效果不好。將5號、6號和7號鉆場布置的鉆孔終孔位置調(diào)整為上部采空區(qū)巷道內(nèi)側(cè)。

3.4探放水效果分析

實(shí)踐證明，采用大傾角、大孔徑放水鉆孔設(shè)計(jì)，加快了放水速度，放水效果較好。尤其是6號、7號2個鉆場鉆孔布置在采空區(qū)煤柱巷道側(cè)，鉆孔孔徑大于74mm，放水效果非常好，2個鉆場放水量占總放水量的52%，最大放水量在50～70m3/h之間(根據(jù)排水能力控制放出量)。4號～7號鉆場出水量隨時間變化曲線見圖2～圖5。最后，施工8號鉆場的2個鉆孔對采空區(qū)積水進(jìn)行確認(rèn)，證明采空區(qū)積水已經(jīng)放凈。

圖2　4號鉆場出水量隨時間變化曲線

圖3　5號鉆場出水量隨時間變化曲線

圖4　6號鉆場出水量隨時間變化曲線

圖5　7號鉆場出水量隨時間變化曲線

4　結(jié)論

(1)上部4層3個采空區(qū)(N3403，N3407，N3408 (小面) )之間積水聯(lián)通性較弱，相鄰采空區(qū)之間煤柱未完全破壞，存在隔水性。采用的分區(qū)獨(dú)立探放、直立大孔徑鉆孔、靠采空區(qū)煤柱側(cè)布置鉆孔等新思路、新工藝，保證了探放水工作的順利進(jìn)行。

(2)采空區(qū)垮落會在兩巷及切眼位置留下三角空隙地帶，積水導(dǎo)通效果好，將鉆孔終孔位置設(shè)計(jì)在上部采空區(qū)巷道內(nèi)，從采空區(qū)落下巖石碎塊不易堵塞鉆孔。

(3)施工大傾角(90°)鉆孔，立孔施工，不但透孔深度短、工程量小，而且對水以及巖石碎塊的摩擦阻力小，鉆孔通透性比較好，更不易于堵孔，放水效果較斜孔更優(yōu)。

通過近1年的探放水工作，基本查清了北三采區(qū)4層采空區(qū)積水水量，共放出采空區(qū)積水25× 104m3，保證了工作面安全回采。

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［責(zé)任編輯:張玉軍］

［作者簡介］王革良(1968－)，男，遼寧調(diào)兵山人，高級工程師，曉明礦礦長，研究方向?yàn)椴傻V。

［DOI］10.13532/j.cnki.cn11－3677/td.2015.02.026

［收稿日期］2014－11－18

［中圖分類號］TD745

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1006-6225 (2015) 02-0095-03