煤礦老空水水害防治技術(shù)研究

楊斌

摘 要：本文主要對(duì)煤礦老空水水害防治技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，希望可以為相關(guān)工作人員提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：煤礦老空水；水害防治；技術(shù)研究

1工程概況

煤礦開(kāi)采的主要作業(yè)環(huán)節(jié)為開(kāi)掘井巷和回采煤層，在此過(guò)程中必然形成一定的地下空間。同時(shí)由于采掘工程不可避免地要接近、揭露某些含水層（體），因此當(dāng)這些作業(yè)場(chǎng)所處于含水層（體）的水位以下而承受一定的靜水壓力時(shí)，水就會(huì)失去原有的平衡條件而涌入井巷或采場(chǎng)。待采動(dòng)過(guò)后一定時(shí)間，就形成了老空區(qū)積水。煤層開(kāi)采后，工作面采空區(qū)上覆巖層將產(chǎn)生移動(dòng)、破壞。

當(dāng)煤層開(kāi)采后形成的導(dǎo)水裂隙帶波及甚至進(jìn)入上覆含水層（體）時(shí)，就可能使水體向下流入采空區(qū)而使其大量積水。同時(shí)在采動(dòng)的影響之下，地表往往發(fā)生沉陷，尤其是煤層賦存較淺又有地下水作用時(shí)更為明顯。由于沉陷導(dǎo)致的塌陷和裂縫往往是降雨或河水灌入井下的通道，易造成采空區(qū)的積水。

采動(dòng)引起頂板巖層移動(dòng)只是采空區(qū)積水的成因之一，也是水體下采煤時(shí)的主要障礙。其他因素如工作面進(jìn)入導(dǎo)水鉆孔區(qū)域范圍或生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)有未查明的含水?dāng)鄬?、陷落柱也能造成采空區(qū)大量積水。此外，采動(dòng)造成煤層底板破壞也會(huì)使含水層的水沿一定的導(dǎo)水構(gòu)造充入采空區(qū)而形成大量積水。

老空積水水體的特點(diǎn)是：水體壓力傳遞迅速，流動(dòng)與地表水流相同，不同于含水層中地下水的滲透。老空區(qū)突水既在生產(chǎn)上給各礦造成了被動(dòng)局面，又在經(jīng)濟(jì)上帶來(lái)巨大損失。

2老空水害防治方案

2.1合理布局，優(yōu)化接替

根據(jù)大中型斷層資料合理分隔采區(qū)，保證采區(qū)間留設(shè)足夠防隔水保護(hù)煤柱，各采區(qū)回采形成完整的老空水單元，采區(qū)回采結(jié)束封閉后對(duì)臨近采區(qū)無(wú)影響。

根據(jù)煤層底板等高線，合理設(shè)計(jì)工作面，工作面沿煤層走向布置，車場(chǎng)或皮帶順槽低于工作面，保證老空活水自流出工作面，消除老空區(qū)積水。

采用下行式回采接替方案，工作面自下向上回采，老空區(qū)活水由下部工作面流出，減少采空區(qū)積水。

2.2留設(shè)防隔水煤（巖）柱

①巷道在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下掘進(jìn)時(shí)，巷道與水體之間的最小距離，不得小于巷道高度的10倍。

②在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下同一煤層中進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，若水淹區(qū)或老窯積水區(qū)的界線已基本查明。③在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下的煤層中進(jìn)行回采時(shí)，防隔水煤（巖）柱的尺寸，不得小于導(dǎo)水裂縫帶最大高度與保護(hù)帶高度之和。

3老空水害疏放技術(shù)研究

3.1老空水探水線及警戒線的確定

（1）探水線的確定

探水線是由積水線向外推移一定距離確定的一條界線，為放水的起點(diǎn)。

探水線外推距離的大小根據(jù)積水線的可靠程度、水量和水壓的大小、煤巖層厚度和強(qiáng)度以及礦山壓力大小等因素確定，一般不小于30m，每次放水前根據(jù)實(shí)際情況確定放水平距，施工至放水位置后進(jìn)行放水作業(yè)。

（2）警戒線的確定

施工至警戒線時(shí)，應(yīng)主要觀察采掘工作面有無(wú)異常變化，若發(fā)生透水征兆，臨近提前實(shí)施探放水工作。

3.2開(kāi)孔固管技術(shù)

鉆孔使用φ73圓鉆桿配套φ133鉆頭開(kāi)孔，若疏放水鉆孔開(kāi)孔有塌孔現(xiàn)象，使用“取芯下管”法開(kāi)孔下管。即把孔口管的短接從中間鋸開(kāi)，制成鋸齒狀，連接到孔口管上。在孔口管的末端安裝一個(gè)變頭，使孔口管與鉆桿連接，經(jīng)鉆機(jī)鉆進(jìn)，孔口管就直接進(jìn)入煤壁中，連接孔口管達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，直接注漿固管。并及時(shí)使用φ89鉆頭掃孔排除孔口管內(nèi)煤渣，掃孔深度不得超過(guò)孔口管長(zhǎng)度。

下設(shè)孔口管完成后，利用風(fēng)動(dòng)注漿泵采用42.5#水泥（水灰體積比1：1），待加固孔口管的水泥漿凝固后（一般為12小時(shí)），掃孔打鉆超過(guò)下設(shè)孔口管長(zhǎng)度0.5m，使用2ZBQ-3/21型風(fēng)動(dòng)注漿泵進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，把注漿泵通過(guò)注漿管與鉆孔連接，用注漿泵向孔口管內(nèi)注入清水，壓力達(dá)到2MPa，且孔壁不漏水，方可安裝Z41H-16DN100型閘閥和防噴裝置鉆進(jìn)至采空區(qū)。若孔壁漏水，則須重復(fù)注漿加固孔口管和耐壓試驗(yàn)的操作，直至孔壁不漏水。

3.3放水鉆孔防塌孔技術(shù)

（1）發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)吃力，孔內(nèi)返水變小，返水顏色變混濁，鉆渣碎石較多，即將發(fā)生埋鉆的危險(xiǎn)，此時(shí)應(yīng)立即帶水旋轉(zhuǎn)起鉆，千萬(wàn)不可停水，待鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)正常，孔內(nèi)返水帶渣減少時(shí)，開(kāi)始小心緩慢下鉆，如發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)吃力，再次起鉆，反復(fù)以上過(guò)程，直到不再塌孔，鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)正常，方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

（2）如果以上操作仍不能解決問(wèn)題，塌孔現(xiàn)象仍在繼續(xù)，而且越來(lái)越嚴(yán)重，說(shuō)明塌孔部位巖層松軟，塌孔周圍在水沖刷的情況下連續(xù)不斷地塌孔，越塌空間越大，孔內(nèi)積存的碎渣越多，此時(shí)可能發(fā)生埋鉆、卡鉆、抱死鉆桿的危險(xiǎn)性越大，此時(shí)應(yīng)及時(shí)起拔鉆桿，把鉆桿全部拔出孔外。

（3）處理塌孔一般采用注漿或“取芯下管”方式，具體如下：

①如果鉆孔內(nèi)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，而且鉆桿在孔內(nèi)有上下彈跳現(xiàn)象，鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)，這說(shuō)明孔底巖石裂隙發(fā)育，孔內(nèi)有活動(dòng)碎石，而且?guī)r石是堅(jiān)硬的。在這種情況下，起鉆后，可直接向孔內(nèi)注漿，因?yàn)閹r石脆性強(qiáng)，裂隙暢通，容易注漿，當(dāng)裂隙注滿升壓以后即可。待漿液凝固48小時(shí)以后，可以掃孔鉆進(jìn)，一般情況下可通過(guò)塌孔地段，問(wèn)題得到解決。

②如果在鉆探過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)壓力逐漸增大，旋轉(zhuǎn)速度逐漸變慢，噪音增大，感覺(jué)明顯吃力，鉆桿有鈕勁現(xiàn)象，這說(shuō)明孔底遇到了松軟巖層，在水的攪動(dòng)和沖刷下坍塌堆積在孔底，而且?guī)r石的強(qiáng)度很低，在鉆頭和鉆桿的攪動(dòng)下越堆越多，越攪越碎，越攪越實(shí)在，最終把鉆桿抱死，遇到這種情況，應(yīng)按照第（2）條要求，立即把鉆桿拔出孔外，更換“一”字形鉆頭，或者不帶鉆頭（目的是為了防止塌孔埋鉆拔不出來(lái)鉆桿），把鉆桿下到孔底，用水反復(fù)沖洗鉆孔，盡可能地多沖出巖石碎渣，讓塌孔部位充分“片幫”，形成一個(gè)空間。此時(shí)，停止沖水，把鉆桿與注漿管連接，從鉆桿中間注入漿液到孔底，在注漿壓力作用下，孔底漿液向上頂起沉淀的巖石碎渣，并向上移動(dòng)，移動(dòng)一定距離后，由于上部孔壁完好，鉆桿周圍的環(huán)狀間隙很小，底部上升的巖石碎渣會(huì)擠緊在這里，把漿液封死在孔底塌孔部位，此時(shí)注漿壓力會(huì)逐漸上升，漿液不僅充滿了塌孔空間，而且也擠入巖石縫隙，加固了松軟巖層。此時(shí)應(yīng)停止注漿，把鉆桿從孔內(nèi)拔出。等到漿液凝固后，原塌孔部位已經(jīng)成為一個(gè)水泥大塊，當(dāng)再次打鉆時(shí)將會(huì)很容易地通過(guò)。

③如果沿煤層施工鉆孔出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象，鉆桿在孔內(nèi)摩擦力增大，鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)壓力穩(wěn)步增高，這說(shuō)明孔內(nèi)煤層松軟，因煤層裂隙較小，一般注漿情況下難以解決該類問(wèn)題，在這種情況下，采用了“雙層套管取芯施工法”，開(kāi)孔用巖心管前帶取芯鉆頭穿入煤層下入φ152孔口管，固管后內(nèi)置φ133鉆頭帶φ108孔口管施工至老空區(qū)，該施工方法有效避免了開(kāi)孔、打鉆過(guò)程中出現(xiàn)的塌孔、埋鉆等情況，在2604外段泄水巷等工作面放水過(guò)程中應(yīng)用效果良好，大大減少了透孔、處理塌孔時(shí)間，方便高效的解決放水問(wèn)題。

3.4復(fù)合鉆頭+扶正器綜合糾偏技術(shù)

鉆孔在施工過(guò)程中，由于鉆具自重和煤巖性質(zhì)、裂隙發(fā)育程度的影響，鉆孔施工至終孔位置時(shí)，與鉆孔的設(shè)計(jì)終孔位置存在偏差。

針對(duì)鉆孔偏斜特性，車集煤礦自主設(shè)計(jì)鉆孔扶正器，通過(guò)扶正器四翼對(duì)孔壁的支撐作用，確保鉆桿受力均勻，鉆頭不偏載；并推廣使用復(fù)合鉆頭，利用小鉆頭定位、大鉆頭確保均勻受力的特性，保證鉆頭沿直線鉆進(jìn)。

3.5老空區(qū)水位監(jiān)測(cè)技術(shù)

（1）在老空水位低于放水處巷道（或硐室）頂板標(biāo)高時(shí)，可在孔口安設(shè)水位監(jiān)測(cè)裝置，該裝置利用“U”形連通器原理，測(cè)量老空區(qū)積水水位標(biāo)高，可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)老空區(qū)積水水位。

（2）在低處疏放老空水時(shí)，可在孔口安設(shè)小揚(yáng)程水壓表，根據(jù)水壓選取適當(dāng)壓力表，根據(jù)鉆孔孔口標(biāo)高及測(cè)得水壓值測(cè)算老空區(qū)水位，并在放水過(guò)程中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)老空區(qū)積水水位，確定老空水疏放進(jìn)度。

結(jié)論

研究煤礦老空水疏放的新方法、新思路，總結(jié)老空水疏放的成功經(jīng)驗(yàn)，提高煤礦老空水防治水平，消除老空水害威脅，更好地總結(jié)老空水防治經(jīng)驗(yàn)，并加以推廣，為老空水害防治工作積累詳實(shí)的理論資料。

參考文獻(xiàn)

[1]郭小兵.淺談老空水害事故原因及防范管理對(duì)策[J].能源與節(jié)能.

[2]謝瓊芳.礦井水害事故特征及防治技術(shù)分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì).

（作者單位：永城煤電控股集團(tuán)有限公司地測(cè)處）