煤礦深井軟煤層復(fù)雜條件下老空水疏放實踐

秦道霞 丁強(qiáng)

摘 要：該文從陳蠻莊煤礦深井大傾角軟煤層復(fù)雜地質(zhì)條件疏放典型的“高調(diào)”老空水入手，詳細(xì)分析了放水特點及面臨的問題，并從老空水調(diào)查、鉆探設(shè)計優(yōu)化及放水過程監(jiān)測管控上制定了有效的解決辦法，防范了老空水疏放過程中事故的發(fā)生，解決了深井“三軟煤層”大傾角疏放老空水問題。

關(guān)鍵詞：大傾角;軟煤層;老空水;治理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.06.074

老空積水具有分散、孤立和隱蔽的特點，在空間上具動態(tài)性，靜水為主、動水補(bǔ)給，面積、水位、水量隨時間變化。這些特點讓老空水空間分布形態(tài)難以判斷，積水邊緣、形狀無規(guī)律可循。尤其大傾角上山探水具有放水管控難度大，易釀成事故風(fēng)險，放水過程一旦失控大量積水突然涌出，極易造成人員傷亡，對生命財產(chǎn)造成難以估量的損失。陳蠻莊煤主采煤層3煤，煤層厚度0.9～6.5m，平均3.3m，煤層傾角26～44°，為全國典型的大傾角“三軟煤”開采礦井，在疏放老空水過程中受大傾角，高應(yīng)力、“三軟煤層”等特殊地質(zhì)條件影響，放水過程管控難度大，易釀成事故;而3402切眼探放老空水正好解決了同類老空水探放治理問題。

1 工作面概況

1.1 采空區(qū)積水分析

3402工作面，煤厚平均3.1m，煤層傾角在25°～39°之間，平均32°。采空區(qū)積水來源主要為頂板砂巖水和部分生產(chǎn)用水，取水化驗，水樣Ca2+ ，SO42-含量高，鉆孔水量最終穩(wěn)定在3.0m?/h，表明3402采空區(qū)積水也可能受底板灰?guī)r水補(bǔ)給。

通過對施工鉆孔水位監(jiān)測，分析測得老空水積水標(biāo)高為-971.8.m～ -995.2m，預(yù)計平面積17179.0m?，積水面積：32660.9m?，充水系數(shù)取0.3，預(yù)計積水量：54307.5m?。由于3402膠帶順槽里段導(dǎo)線點C26存在高點（標(biāo)高-983.4m），使得積水在此標(biāo)高以下形成分水嶺，里部部分積水無法放出，實際放出37596m?。

1.2 3404切眼放水特點

3404切眼探放老空水為一典型大傾角軟煤層（巷道傾角28°）上山探放水案例，上山探水具有放水管控難度大、事故風(fēng)險大、探放施工“三大一軟”的特點;“三大”指：一是積水面積大，積水長度1200m，面積32660.9m?;二是積水量大，總積水量為54307.5m?，由于空間起伏結(jié)構(gòu)，可放出水量38000m?，并且具有動水水源補(bǔ)給;三是受采深大影響，圍巖應(yīng)力大，施工地點易發(fā)生煤炮，鉆孔受應(yīng)力影響塌孔嚴(yán)重或放水失控?！耙卉洝敝福好簩蛹绊?shù)装鍘r石軟，煤層力學(xué)實驗普氏硬度系數(shù)p=0.18，頂?shù)装寰鶠槟鄮r粉砂巖，且透點位置位于兩斷層形成地塹內(nèi)（圖1），放水鉆孔施工難度大，易塌孔，嚴(yán)重影響放水效率。

2 放水前安全管控

放水前對老空區(qū)積水量估算結(jié)合時間、空間聯(lián)通關(guān)系和補(bǔ)給水源等因素，全面完整，確保估算接近實際，能夠指導(dǎo)生產(chǎn)，制定相關(guān)措施，一是大量積水探放水要形成兩套直徑108mm管路的排水系統(tǒng)，準(zhǔn)備2部以上鉆機(jī)。[1]二是設(shè)計要合理，鉆場準(zhǔn)備要充分，施工管控力度要合適。從這些方面提高鉆孔準(zhǔn)確度，提高成孔率，從而達(dá)到探放積水，消除水害的目的。

3 探放水技術(shù)優(yōu)化

煤層同層探放水鉆孔經(jīng)常出現(xiàn)堵孔、塌孔、出水不暢等現(xiàn)象，探放水鉆孔達(dá)不到鉆孔設(shè)計要求。因此，要讓鉆孔布孔到位，鉆孔施工工藝科學(xué)合理。

3.1 鉆孔布設(shè)優(yōu)化

以往探放水只考慮在水平空間上布置鉆孔，然而受老空區(qū)冒落后巖石分布不規(guī)則，并非所有鉆孔穿透老空后都可以放出積水，結(jié)果施工鉆孔多，有效鉆孔少，不但造成放水效率低下，反而因為煤層中施工鉆孔過多，造成煤壁松散，在空間上不能形成堅固、完整的泄水鉆孔，煤壁松散嚴(yán)重時還會導(dǎo)致潰水事故。為此，需對探放水鉆孔布置進(jìn)行優(yōu)化。[2]

優(yōu)化鉆孔布設(shè)主要體現(xiàn)在：一是做到先平面施工找富水強(qiáng)的區(qū)域，再圍繞富水區(qū)域上下布設(shè)鉆孔，疏放受該區(qū)段積水。并非所有鉆孔透老空后可以放出積水，因此當(dāng)一個鉆孔透老空區(qū)，出水水量較大時，表明此鉆孔透點區(qū)域空間較大、水流暢通，后期施工鉆孔要圍繞此鉆孔上下扇形布設(shè)，力求達(dá)到預(yù)期放水目的。

3.2 鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)工藝優(yōu)化

鉆孔結(jié)構(gòu)方面：要充分考慮到放水過程中保護(hù)孔壁問題，有條件的情況下要全程下套管，可以采用加工φ94mm合金鉆頭，利用加工后的鉆頭嵌在套管上，下套管時，與后部接管一起，直接施工至老空區(qū)，克服了鉆孔塌孔、下套管難的困難，再通過后期疏通鉆孔，達(dá)到了預(yù)期效果。

鉆孔施工方面：有效控制鉆進(jìn)速度，鉆孔鉆進(jìn)過程中使用靜壓水等有效手段，提高鉆孔精度及成功率。

4 監(jiān)測管控

施工放水期間，2個鉆孔終孔水量少，水壓上升，由于使用的機(jī)械表靈敏度差，讓真實水位觀測不夠準(zhǔn)確，未達(dá)到依水位預(yù)計剩余積水量的目的。另一方面，在放水效果不好的情況下，專業(yè)人員在如何摸清補(bǔ)給水源、補(bǔ)給量的多少這2個問題上，未及時對該區(qū)老空水水質(zhì)進(jìn)行收取化驗，沒有及時查清補(bǔ)給來源。由此地測專業(yè)對探放水工作監(jiān)測管控方面也做了工作。

4.1 放水過程時刻監(jiān)測

水位監(jiān)測：鉆孔放水前僅僅是對水位進(jìn)行了估算，放水過程中水位與水壓的變化情況時刻檢測，可以在放水過程中時刻掌握老空水剩余積水量，同時也可以分析老空水是否存在動態(tài)補(bǔ)給，便于制定下一步方案，3404切眼放水期間采用了山東科瑞特公司生產(chǎn)的小量程水壓動態(tài)監(jiān)測儀，同時在排水管路中安設(shè)了流量表時刻監(jiān)測放出水量，通過這些手段，收集了數(shù)據(jù)，處理得出水量-水壓折線圖（圖2），在放水過程管控中起到了關(guān)鍵作用。[3]

水質(zhì)監(jiān)測：針對老空水水質(zhì)特征及來源問題，分別取了3404鉆孔水、西翼軌道三灰水、煤層頂板砂巖水及煤層底板砂巖水水樣進(jìn)行了化驗對比（圖3），通過對比分析，認(rèn)為3402工作面老空水具有高硫酸根，高鈣離子弱酸性特征，對比其他分析受底板三灰水動態(tài)補(bǔ)給可能性較大。

4.2 放水后期監(jiān)測

在前期老空水疏放完成，安全掘進(jìn)過后，依然要對3404切眼上部有水鉆孔進(jìn)行監(jiān)控分析，為3404工作面的安面、回采提供安全保障，這項工作也是必不可少的。

5小結(jié)

3404切眼上山掘進(jìn)期間，由于受上部3402工作面老空積水威脅，按規(guī)定進(jìn)行了探放。前期因現(xiàn)場水文地質(zhì)條件復(fù)雜，人員缺少放水經(jīng)驗，加上初期現(xiàn)場準(zhǔn)備不足等原因致使老空水探放出現(xiàn)一定困難，但后期通過對加大施工地點安全管控力度，對鉆孔套管結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，對放水過程水位、水量及水質(zhì)在線監(jiān)測分析等措施，取得了良好的放水效果，實現(xiàn)了老空水疏放，安全掘進(jìn)，安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡潤華.“三軟”煤層采空區(qū)積水探放技術(shù)研究[J].時代報告：學(xué)術(shù)版，2015（11）：230.

[2]裴宏.淺析老空區(qū)探放水技術(shù)[J].山東煤炭科技，2014（12）：173-174.

[3]鄧慶鵬，張迎軍，耿佳柱.安全高效探放水技術(shù)在礦井老空水治理中的應(yīng)用[J].科技信息，2014（06）：45-50.