同煤集團(tuán)云崗礦12#層404 盤區(qū)8411 工作面探放水方案研究

劉務(wù)全

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司云崗礦，山西 大同 037017）

1 8411 工作面地質(zhì)情況

同煤集團(tuán)云崗礦12#層404 盤區(qū)8411 工作面為東西方向布置，由東往西開采，8411 切巷長度138.5 m。該工作面煤層厚度在0.4～2.7 m 之間，平均厚度約2.0 m。工作面直接頂為中細(xì)砂巖互層，平均厚度為16.53 m；直接底為細(xì)粉砂巖，平均厚度2.34 m。12#層404 盤區(qū)8411 工作面位于十里河南部，與十里河床垂直深度約255 m，平距在150～300 m 之間；上覆存在云岡礦2#、3#、7#、8#四層采空區(qū)，各采空區(qū)間存在水力聯(lián)系；同層北部為8413 工作面（正開采）和十里河床保護(hù)煤柱。因此在回采過程中要重點做好探放水工作，消除水患對回采過程中的影響，確保安全生產(chǎn)。

2 8411 工作面水患分析

（1）上覆層水患情況

12#層404 盤區(qū)8411 工作面上覆2#、3#、7#、8#為云岡礦采空區(qū)。上覆8#層為云岡礦8411 和8413采空區(qū)，東西向布置，采煤方法為綜合機械化采煤，影響范圍均為805 m；上覆7#層為云岡礦8403和8405 采空區(qū)，采煤方法為大冒頂采煤，影響范圍均為805 m，兩采空區(qū)間約有12 m 的煤柱，煤柱中間有多條聯(lián)絡(luò)巷道；上覆3#層為云岡礦8403、8405、8407、8409、8411、8415 工作面采空區(qū)，采煤方法為大冒頂采煤，整體影響范圍805 m；上覆2#層為云岡礦8401～8413 采空區(qū)，采煤方式為刀柱式采煤，整體影響范圍805 m。12#層與上覆8#層層間距平均約36 m，與上覆7#層層間距平均69 m，與上覆3#層層間距平均112 m，與上覆2#層層間距平均143 m，各采空區(qū)間存在水力聯(lián)系。因在開采8#層8411、8413 工作面時已經(jīng)對上覆2#、3#、7#層積水進(jìn)行了探放，2#、3#、7#層積水下泄到8#層采空區(qū)，故積水主要匯聚在8#層8411 和8413 局部采空區(qū)內(nèi)。從煤層底板等高線和充水性圖以及地面情況分析，預(yù)計上覆存在少量采空積水，大部分積水通過北部8413 工作面已經(jīng)疏放。

探放水對象包括采空區(qū)積水和動態(tài)水兩個部分。采空區(qū)積水主要是指與原來的含水層分離，無水源的側(cè)向補給，采空區(qū)積水主要存在于巷道頂板垮落后產(chǎn)生的封閉區(qū)域內(nèi)。對采空區(qū)積水涌水量Q1的預(yù)測可表示為：

式中：Q1為采空區(qū)靜態(tài)積水涌水量，m3/h；L為采空區(qū)積水區(qū)的長度，m；B 為采空區(qū)積水區(qū)的寬度，m；H 為采空區(qū)積水區(qū)的高度，m；μ 為采空區(qū)積水區(qū)的積水系數(shù)，與采空區(qū)地質(zhì)巖層組成有關(guān)，本文選取0.25；t 為完成排放靜態(tài)水的時間，h。

通過云崗礦8#層8411 和8413 局部采空區(qū)參數(shù)調(diào)查，最終確定靜態(tài)積水涌水量為13 m3/h。

（2）同層水患情況

同層北部為12#層404 盤區(qū)8413 工作面（正開采）和十里河床保護(hù)煤柱，西部為12#層404 盤區(qū)巷，南部為8409 工作面（正在圈定），東部區(qū)域未開拓。12#層404 盤區(qū)8411 工作面北部同層8413 工作面正在開采，該工作面采空區(qū)內(nèi)存在積水，且存在大量的動態(tài)水，水源為地面補給水，通過上覆層塌落帶、裂隙等導(dǎo)入8413 采空區(qū)內(nèi)。8411 工作面5411巷尾部設(shè)計探放水孔6 個，對8413 工作面采空區(qū)內(nèi)積水進(jìn)行探放，施工探放水孔6 個，其中5 個出水。動態(tài)水主要是指巷道頂板上的含水層和地下水道連通的水源，其能夠通過臨近含水層的下滲補給以及通過四周的地下水徑流補充。因此在對動態(tài)水量進(jìn)行計算時，可采用大流量的方法進(jìn)行計算，其動態(tài)水量Q2可表示為：

式中：Q2為探放水時的動態(tài)水量，m3；K 為采空區(qū)水滲透系數(shù)，與采空區(qū)地質(zhì)巖層組成有關(guān)，本文選取3.2；H 為動態(tài)水水頭高度，m；B 為采空區(qū)含水層的寬度，m；h 為動水位到底板上的隔水層水柱的高度，m；R0為含水層半徑，m；r0為含水層引用半徑，m。

通過對同層工作面參數(shù)調(diào)查，最終計算的動態(tài)涌水量為20 m3/h。

（3）下覆水患情況

根據(jù)《云岡礦水文地質(zhì)類型劃分報告》資料解釋結(jié)果，寒武灰?guī)r巖溶水與12#層煤間距約120 m，無直接導(dǎo)水通道，不會對12#層開采造成威脅，不存在帶壓開采。

綜上所述，8411 工作面主要水患為上覆層采空區(qū)積水和十里河補給水通過上覆采空區(qū)塌落、裂隙帶等導(dǎo)入同層8413 采空區(qū)內(nèi)形成的動態(tài)涌水，8413 工作面和8411 工作面之間煤柱為12 m，在8411 回采前應(yīng)消除水患，確保安全生產(chǎn)。

3 探放水工程設(shè)計

為了徹底排放12#層404 盤區(qū)8411 工作面上覆8#層8411 和8413 積水，云岡礦對上覆采空區(qū)以及同層采空區(qū)進(jìn)行探放水，將積水從地勢最低處通過探放水鉆孔排出，保障開采工作的安全。探孔設(shè)計說明如表1 所示，探放水孔布置示意圖如圖1 所示。

表1 探孔設(shè)計參數(shù)表

圖1 8411 工作面探放水孔位布置圖

根據(jù)云岡礦井下地質(zhì)條件及計算的涌水量，在進(jìn)行探放水鉆井施工時設(shè)置裸孔孔徑為73 mm，鉆孔孔口位置的直管的孔徑為105 mm。在進(jìn)行探放水鉆孔施工時的鉆進(jìn)工藝總結(jié)如下。

（1）首先將鉆機鉆進(jìn)作業(yè)時的角度設(shè)置為24°。

（2）放入孔口直管以后，將系統(tǒng)內(nèi)配對的壓蓋和注漿的管路進(jìn)行連接，然后利用注漿泵將定量的速凝劑注入到連接直管內(nèi)，用于固管。在進(jìn)行注漿時，設(shè)置系統(tǒng)的壓力為0.6 MPa，當(dāng)所注入的速凝劑達(dá)到一定量以后，靜置8 h，然后利用1.6 MPa的壓力對管路進(jìn)行二次注漿，然后再次靜置16 h，待完全凝固以后以2 MPa的壓力進(jìn)行水壓打壓試驗，直到達(dá)到設(shè)定的要求。井下管口的注漿工藝原理如圖2 所示。

圖2 探放水孔管口注漿示意圖

（3）在鉆進(jìn)作業(yè)時，為了確保鉆進(jìn)時的速度，采用了高強度合金鉆頭鉆進(jìn)作業(yè)。在鉆進(jìn)時以清水為沖洗和降溫液體，確保鉆進(jìn)時鉆頭的安全性，鉆進(jìn)時鉆頭以180 r/min 的速度作業(yè)。

（4）在鉆進(jìn)時，首先用直徑為130 mm 的鉆頭鉆入6 m 深，然后放入直徑為105 mm 的孔口管，最后利用直徑為72 mm的鉆頭鉆進(jìn)到設(shè)計要求的孔深。

4 探放水工程實施效果

（1）上覆層：12#層404 盤區(qū)8411 工作面向上覆8#層共施工10 個井下探放水孔，其中9 個通孔無水，1 個未通，所有鉆孔均已封堵良好，探放水工作已完成.綜上所述，上覆層水患已消除。

（2）同層8413 采空區(qū)積水：12#層404 盤區(qū)5411 巷尾部向8413 工作面（正開采）采空區(qū)共施工6 個探放水孔，其中5 個出水，出水量為33 m3/h，累計排放水量8.8 萬m3。

（3）現(xiàn)已在8411 切巷靠近古塘幫煤墻下方鋪設(shè)兩趟DN100 管路，在2411 巷尾部向同層5409 巷施工兩個排水孔，在5409 巷尾部施工一水倉，通過管路將5411 巷尾部5 個出水孔與2411 巷尾部2個排水孔連接，將8413 采空區(qū)積水排放至5409 巷尾部水倉內(nèi)，由5409 巷排水系統(tǒng)將積水排放至南1030 大巷水渠后自流至中央水倉?，F(xiàn)所有工程均施工完畢，排水系統(tǒng)完善。綜上所述，8413 采空區(qū)積水不影響8411 工作面回采。