临近煤层采空区掩护回采防治水技术应用

临近煤层采空区掩护回采防治水技术应用

靳志龙

（神东布尔台煤矿内蒙古鄂尔多斯017000）

摘要:针对神东集团布尔台煤矿42107工作面沿上临近22煤层采空区下方回采，采空区内积存大量积水，利用公式预测法，初步估算上覆22煤层采空区积水水量87869m³，严重威胁42107工作面的安全回采。根据积水情况，运用分阶段长距离多循环的底板扇形疏放水钻孔布置模式，累计布孔35个，对42107工作面上部22106、22107采空区水进行了提前防治，累计疏放量达85995m3，预抽率达到了90%以上，取得了较好的疏水降压效果。

关键词：临近煤层；采空区；预抽率；疏放水

我国矿井水文地质类型复杂多样，受地表及地下富含水层威胁的煤矿较多，煤矿采空区水害具有突发性强、水量大、破坏性大等特点，轻则使工作面、采区停产，重则可能导致开采水平甚至全矿井被淹。对矿井采掘工作面人员及安全生产构成极大威胁。同时，在工作面回采过程中，因工作面开采长度大，煤层开采后造成覆岩运移范围广、破坏范围大，易造成覆岩裂隙与上覆采空区连通。当上覆采空区有大范围积水时，则连带造成积水下泄，给下赋煤层的开采带来极大的安全隐患，引发突水灾害，因此，需要采取相应的技术措施进行上覆煤层采空区积水，保证安全高效生产。

神东布尔台煤矿在42煤层回采过程中主要冲水水源为中侏罗统延安组煤层顶板裂隙水，水文地质条件较简单，但随着工作面回采，上覆煤层采空区积水成为威胁矿区安全生产的重要因素。神东布尔台煤矿42107工作面沿上覆22106和22107工作面采空区正下方进行回采，回采过程中，受到上覆22煤层采空区积水的威胁。因此，在进行42107工作回采过程前，利用42煤巷道顶板向22106、22107采空区施工疏放水钻孔，进行采空区积水的提前防治，取得了良好的效果。

1井田概况

神东布尔台煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内，北距伊金霍洛旗首府阿勒腾席热镇35km，南至阿（阿镇）-石（石圪台）沥青公路3km，阿（阿镇）-大（大柳塔）一级公路4km。矿井采用主斜井、副平硐、立（斜）风井综合开拓方式，矿井自上而下，共有可采煤层10层，分别是12上、12、22、22下、31、42上、42、43、52、52下煤层，其中主采煤层3层，即22、42上、52煤层。布尔台煤矿侏罗系煤系地层均被新生界松散层覆盖。根据矿区钻探、电测井资料和岩层组合特征分析，自上而下将研究区地层含水情况划分为表层的松散层-半胶结岩类孔隙潜水含水层组、白垩系志丹群碎屑岩类裂隙潜水-微承压水含水层组、侏罗系直罗组碎屑岩类裂隙承压水含水层组、侏罗系延安组碎屑岩类裂隙承压水含水层组和三叠系延长组碎屑岩类裂隙承压水含水层组。

侏罗系延安组煤系地层由砂岩、泥岩、煤层等组成，岩性以灰白色、灰绿色中粗粒砂岩为主，夹砂质泥岩及泥岩，砂岩裂隙不甚发育。该层位水主要贮存和运移在构造裂隙和岩层孔隙网格之中，赋水性受构造裂隙控制，以贮存量为主。42107工作面位于已采的42106工作面西南方向，未回采的42108工作面东北方向，工作面推进长度4807.9m，工作面长300.3m，回采面积144.38万㎡，以118°51′12″方位回采。工作面回采31、42煤，煤层厚度4.06～7.05m，平均6.13m；回采段在煤层分叉区煤层厚度3.9m，回采段复合区煤层厚度6.36m，局部含有一层0.2m砂质泥岩夹矸，分叉复合区存在0-1.2m的夹矸。基本顶为灰白色细粒砂岩，以石英长石为主，半坚硬，厚度6-39m，平均厚度18m；直接顶岩性为灰色、深灰色砂质泥岩，半坚硬，厚度6-18m，平均厚度10m；直接底板岩性为深灰色砂质泥岩，水平层理。矿井资料表明，42107工作面回采过程中，在开采下层42煤时，上覆22煤采空区积水会通过采动裂隙下渗，尤其是存在封闭不良钻孔位置，更易形成裂隙水通道，导致煤层顶板及采空区积水下渗。

2覆岩导水裂隙带高度预计

煤层在开采之后形成采空区，而采空区的形成导致采场周围岩体的原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，直至达到新的平衡。在这一过程中，覆岩产生离层、断裂、垮落等运动。进而引起顶板产生裂隙、断裂等不规则冒落，使得采场周围岩层原始的平衡状态受到破坏，导致上覆岩体发生变形和破坏，继而出现冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带三个不同变形特征的分带，简称为“三带”。

覆岩导水裂隙带高度预计是分析下伏煤层采动裂隙对上覆煤层前期开采后形成的采空区积水的波及程度、评价在积水区下煤层开采安全性等工作的前提准备环节。采用《煤矿防治水手册》中给出了综放开采“导水裂隙带”高度计算公式：

通过计算可知42煤层导水裂隙带高度为60.88~83.86m，2-2煤层与4-2煤层间距平均70m，将42煤层导水裂隙带发育高度与22煤层底板及矿井含水层底板标高对比，可判断42煤层回采过程中极易沟通22煤层采空区积水，给安全回采带来威胁。

3疏放水孔工程设计

3.1设计原则

（1）疏放水孔严格按设计开孔位置、仰角及方位角向上部采空区内施工。

（2）施工顺序由开切眼向工作面回采方向按照由小到大顺序施工。如需调整孔位及补充施工疏放水钻孔，必须经设计人员核实并同意后方可执行。

（3）钻孔开孔直径均为φ113mm，钻进11m，下φ89mm封口管10m，封孔管要固结牢固并防止漏水，封孔管外焊接铁托盘，托盘两侧各用φ18*2.1螺纹钢锚杆固定。

（4）施工完毕后，钻探准备队负责在闸阀外安装“U”型管，防止空气通过钻孔进入采空区。

（5）套管口安装闸阀，套管上安装水压表和闸门，以控制排速率，检测放水水力、水压等参数，评价排水效果。

3.2防治水工程设计

根据22煤采空区底板起伏及22107、22108回顺返水情况分析，采空区内有大量积水，利用W=KMS/cosα计算积水量，式中W为积水量，m3；M为煤层厚度，m；S为采空区淹没面积，m2；α为煤层倾角，°；K为充水系数，采空区取0.3～0.5，煤巷取0.5～0.8，岩巷取0.8～1.0。预计积水量87869m3，积水范围及位置基本清楚。为了保证疏放水的有效性，规避疏放盲点或盲段，在42107切眼、42107运输顺槽、42108回风顺槽设计疏放水钻孔34个。所有钻孔由42上煤巷道顶板向22106、22107采空区底板最低处施工，设计要求钻孔必须进入2-2煤层采空区不少于1.0m（见图1）。

钻机选用ZDY4200L专用疏放水钻机，开孔直径均为φ113mm，采用无芯钻进，孔口下入下φ89mm封口管10m，孔口安装法兰盘，并备有控制闸阀。各孔施工完毕后，及时测量了钻孔涌水量。

4防治水工程施工情况

42107工作面划分了11处采空区疏放水区域。单个疏放水区域布置钻孔1~4个，累计施工钻孔35个，钻孔覆盖整个赋存水空间区域，通过钻孔疏放，实际疏放水量85995m3，与预测水量相比，疏放比例达到90%以上，取得了良好的疏放水效果。其中第Ⅳ上覆采空区积水防治区和第Ⅸ上覆采空区积水防治区，疏放水量均达到10000m³以上。各个防治区域单个钻孔涌水量降低至0m3·t-1或4m3·t-1，最高降幅由35m3·t-1降低至4m3·t-1，降幅为31m3·t-1。其部分防治区域，疏放效果见表2。

表2部分防治区域效果

5结语

a.通过本次临近煤层采空区积水的疏放，累计疏放水85995m³，预抽率达到了90%以上，基本排除了42煤层开采过程中上覆采空区积水水患；

b.利用上覆采空区积水量的预计结果，运用分阶段长距离多循环疏放水技术分别对上覆老采空区水进行了提前防治，为布尔台煤矿制定合理有效地煤层顶板采空区水综合防治措施打好基础，探索出了适合研究区的临近煤层上覆采空区水防治模式。

c.在近距离煤层开采下伏层煤时，应监测或估算采动裂隙带高度，预测层采掘后对上覆采空区积水的影响。如采动过程中，裂隙发育会沟通上覆采空区积，应提前查清上覆采空区积水分布情况，利用分阶段长距离多循环疏放水模式进行提前防治。

参考文献

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