預(yù)留泄水孔法超前解決老空水害威脅技術(shù)應(yīng)用

王國(guó)旺

（開(kāi)灤能源化工股份有限公司 范各莊礦業(yè)分公司，河北 唐山 063000）

1 概 況

我國(guó)煤炭資源豐富，但其中原煤總產(chǎn)量的95%來(lái)自地下開(kāi)采。然而我國(guó)煤田地質(zhì)條件十分復(fù)雜，據(jù)有關(guān)資料，在國(guó)有重點(diǎn)礦山中，水文地質(zhì)條件屬于復(fù)雜的礦井占27%，屬于簡(jiǎn)單的礦井占34%。在大中型礦山中有500多個(gè)工作面受水害威脅。其中，華北地區(qū)以老空水、底板奧灰水害為主，受水威脅的煤炭?jī)?chǔ)量占探明儲(chǔ)量的27%，直接影響到許多礦井的生產(chǎn)接續(xù)和服務(wù)年限。范各莊礦始建于1958年，1964年10月正式建成投產(chǎn)，井田位于河北省唐山市古冶區(qū)境內(nèi)，水文地質(zhì)類(lèi)型為復(fù)雜型，礦井主要水害威脅為老空積水和奧灰水。

2 老空積水影響

煤層的開(kāi)采方法和煤層本身的賦存狀態(tài)不同，采、掘工作面均沿煤層底板掘進(jìn)及回采，受地質(zhì)構(gòu)造影響，工作面、巷道起伏不平，采后便在老塘、老巷低洼處形成積水，其積水量受?chē)鷰r富水性和老空、老巷起伏程度的制約，積水量、面積大小不等，對(duì)相鄰及下伏采掘工程構(gòu)成水害威脅。而無(wú)論是采取探水線停頭探放水或者限壓循環(huán)放水，都嚴(yán)重影響生產(chǎn)銜接，為此提出預(yù)留泄水孔法超前疏降老空積水。

3 預(yù)留泄水孔法應(yīng)用

3.1 應(yīng)用條件

預(yù)留泄水孔的目的在于超前將老空水沿泄水孔排出采空區(qū)，避免或減少采空區(qū)內(nèi)形成積水，降低下部或下伏工作面探放水難度，最大限度保障生產(chǎn)銜接。根據(jù)自重特性，水往低處流，所以需要工作面采空積水區(qū)下伏或同層下部存在已掘好的巷道，用于泄水和排水。

3.2 技術(shù)難點(diǎn)

范各莊礦屬近距離多煤層開(kāi)采，可采煤層有5、7、8、9和12號(hào)煤，鉆進(jìn)過(guò)程往往需要穿多層煤，且透點(diǎn)巷道寬度小，由于煤層較軟，鉆孔易發(fā)生偏斜，無(wú)法到達(dá)預(yù)定位置，鉆孔施工工藝要求精度極高。為此，針對(duì)鉆孔孔深大，透點(diǎn)精度高，穿煤鉆進(jìn)等情況，需要通過(guò)精準(zhǔn)測(cè)量掛線，確定了鉆機(jī)立柱位置，按照設(shè)計(jì)要求抬高鉆機(jī)中軸，開(kāi)孔過(guò)程中反復(fù)測(cè)量校驗(yàn)鉆孔角度，做到高精度開(kāi)孔，同時(shí)在鉆進(jìn)過(guò)程中帶巖心管鉆進(jìn)，防止鉆孔偏斜，同時(shí)控制鉆進(jìn)速度，慢鉆細(xì)磨，以便達(dá)到施工目的，成功完成預(yù)留泄水孔。

3.3 應(yīng)用實(shí)例

3.3.1 預(yù)留泄水孔法疏減部分老空積水

（1）工作面概述。

3571N工作面位于范各莊礦三水平南五區(qū)域，東部為2573N采空區(qū)(2018年回采完畢)，下伏3501大巷。工作面標(biāo)高-468.2—-535.7 m，煤層厚度2.50～3.80 m，平均煤層厚度3.21 m，煤層傾角3°～14°，平均傾角8°，走向長(zhǎng)760.4 m，傾斜長(zhǎng)141.2～175 m。工作面掘進(jìn)期間局部頂?shù)装宄鏊?，水量合?jì)0.02 m3/min，且同層上部2573N采空區(qū)積水經(jīng)疏放后有動(dòng)水0.02 m3/min，預(yù)計(jì)回采過(guò)程中受采動(dòng)影響工作面頂?shù)装宄鏊繒?huì)變大且考慮襲奪2573N采空區(qū)動(dòng)水，老塘跟水至少0.04 m3/min。根據(jù)工作面采掘工程平面圖分析，3571N工作面上坡回采，預(yù)計(jì)采后有采空積水10 4124 m3，最大積水深度49.3 m（圖1）。

圖1 3571 N工作面預(yù)計(jì)采后積水空間平面Fig.1 The predicted post-mining water accumulation spatial plane in 3571N working face

（2）泄水孔設(shè)計(jì)。

3571N工作面下伏3501大巷為范各莊礦三水平開(kāi)拓大巷，大巷內(nèi)有水溝，能夠自流至井口，符合施工預(yù)留泄水孔條件，為此設(shè)計(jì)在3571N切眼下口向下施工穿巷預(yù)留泄水鉆孔，共設(shè)計(jì)鉆孔1個(gè)，鉆孔方位47.8°，鉆孔傾角-58.7°，設(shè)計(jì)孔深85.9 m，透點(diǎn)寬度5.0 m（圖2），要求全程下φ89 mm套管。

圖2 3571 N預(yù)留泄水孔預(yù)想剖面Fig.2 Expected profile of reserved drainage hole in 3571Nworking face

（3）實(shí)際效果。

3571N工作面實(shí)際回采中老塘跟水量0.1 m3/min，由于采面最大落差49.3 m，需要采面下口37 kW排水泵不停工作，才能及時(shí)排出，當(dāng)回采至3571N運(yùn)道630 m時(shí)，老塘跟水沿泄水孔自留至3501大巷，目前泄水孔水量0.3 m3/min，解決了老塘跟水難排問(wèn)題，同時(shí)使得3571N采空區(qū)積水空間僅為7 290 m3，減少了96 834 m3積水（圖3），減少了老空積水范圍，降低了下部工作面探放水難度和排水難題。

圖3 3571 N工作面預(yù)留泄水后采空積水空間平面Fig.3 Spatial plane of water accumulation in goaf after reserved drainage in 3571Nworking face

3.3.2 預(yù)留泄水孔法疏減全部老空積水

（1）工作面概述。

3X71N工作面位于范各莊礦三水平下山，東部為FO斷層，同層下部為3X73N采空區(qū)（2018年回采完畢），下伏3X采區(qū)通風(fēng)泄水巷。工作面標(biāo)高-655.5—-715.5 m，煤層厚度2.70～4.10 m，平均煤層厚度3.6 m，煤層傾角14°～19°，平均傾角16°，走向長(zhǎng)635 m，傾斜長(zhǎng)94.2～175 m。工作面掘進(jìn)期間巷道干燥無(wú)水。根據(jù)工作面采掘工程平面圖分析，3X71N工作面局部上坡回采，預(yù)計(jì)采后有采空積水14 482 m3，最大積水深度9.09 m（圖4）。

圖4 3X71 N工作面預(yù)計(jì)采后積水空間平面Fig.4 Expected spatial plane of water accumulation after mining in 3X71Nworking face

（2）泄水孔設(shè)計(jì)。

3X71N工作面下伏3X采區(qū)通風(fēng)泄水巷為范各莊礦三下采區(qū)回風(fēng)大巷，大巷內(nèi)有水溝，能夠自流至三下采區(qū)泵房，符合施工預(yù)留泄水孔條件，為此設(shè)計(jì)在3X采區(qū)通風(fēng)泄水巷向上施工穿巷預(yù)留泄水鉆孔，共設(shè)計(jì)鉆孔1個(gè)，鉆孔方位99.4°，鉆孔傾角+53.6°，設(shè)計(jì)孔深102.8 m，透點(diǎn)為3X71運(yùn)道，寬度5.0 m（圖5），要求φ113 mm開(kāi)孔下φ108 mm孔口管2 m，再用φ67 mm鉆頭鉆進(jìn)至終孔。

圖5 3X71 N預(yù)留泄水孔預(yù)想剖面Fig.5 Expected profile of reserved drainage hole in 3X71Nworking face

（3）實(shí)際效果。

3X71N工作面實(shí)際回采中無(wú)老塘跟水，回采收尾階段，采面生產(chǎn)用水沿預(yù)留泄水孔排至3X采區(qū)通風(fēng)泄水巷，且根據(jù)測(cè)斜結(jié)果，預(yù)留泄水孔透點(diǎn)成功鉆至3X71N運(yùn)道底板，避免了3X71N工作面采后形成積水空間（圖6），解除了其對(duì)下伏煤層采掘施工的水害威脅。

圖6 3X71 N工作面預(yù)留泄水后采空積水空間平面Fig.6 Spatial plane of water accumulation in goaf after reserved drainage in 3X71Nworking face

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)預(yù)留泄水孔法超前疏降老空積水，能夠避免或減少采空區(qū)積水，降低了同層下部和下伏工作面探放水難度，超前疏水，最大限度的保證了生產(chǎn)銜接，為以后同類(lèi)工作面超前解決采空區(qū)積水工作提供了經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)。