基于煤矿井下工作面薄煤层现场探放水工艺研究

基于煤矿井下工作面薄煤层现场探放水工艺研究

张亚朋

焦作煤业集团赵固（新乡）能源有限责任公司  河南省辉县市453634

摘要：在矿井探放水工作中，应加强对探放水工作的管理和监督，并与实际情况结合分析处理。由于探放水突发状况多，严重影响煤矿安全生产，因而需深入研究探放水施工方式，确保探放水施工安全合理。

关键词：煤矿；井下工作面；薄煤层；探放水工艺

当前，矿井渗水是煤矿井下最常见的事故之一，易引发矿井发生安全事故。因此，为确保煤矿生产安全，必须对矿井进行探放水，以降低矿井生产危险系数。并从矿井探放水实际出发，分析矿井探放水操作，确保矿井探放水工作能正常进行。基于此，本文详细论述了煤矿井下工作面薄煤层现场探放水工艺。

一、煤矿井下工作面薄煤层现场探放水工作原则

在矿井生产中，要求相关人员对矿井情况进行分析研究，结合工作实践，总结探放水的矿井挖掘情况，坚持“先探后掘、有疑必探”原则。需探放水井下工作常见情况为：①当水淹到煤窖，特别是空窖和老窖时，矿井事故发生率高；②通过含水溶洞或密集裂缝带开采时，必须进行探放水；③当采掘接近防水煤柱时，应进行探放水，以确保煤柱尺寸精度；④矿井施工期间，前方如有渗水，应停止施工，及时进行探水；⑤若采掘作业经复杂地质环境，应进行探放水，以防发生突发情况；⑥在湖泊、河流等地下水源附近采掘时，要进行探放水，避免出现危险情况。

二、工程矿区概况及水文地质条件

1、地质情况。矿区地层发育了上中下三层，下层发育不太健全，上层是石灰酸盐的沉积。石炭系下层由测水组、石磴子组、梓门桥组组成。其中，石磴子组由钙质灰岩组成，底板有石英砂岩，顶部为钙质泥岩，并夹杂泥质灰岩。测水组分为上下两部分，下部有7层含煤，厚约80m，三层是主采煤。梓门桥组下部主要为灰色泥质汇聚，中部主要为中厚层灰岩夹杂泥岩，上部为黑色灰岩，厚160m。该矿区矿井内部断层发育明显，以逆断层为主，其次为正断层，煤层平均厚度为2.2m。

2、水文地质条件。受采矿影响的水文和地质因素包括老窖水、大气降雨、地表水等。测水组煤层厚度一般为155mm，主要成分为泥岩、石英砂岩、砂质泥岩、细砂岩和煤，砂岩占总厚度的40%，含有弱砂岩裂隙水，这也是矿坑充水主要因素。在一些可采煤层附近，断层由上下盘组成，为测水组的砂质泥岩，泥岩相互接触。在钻探过程中，含水层性能较弱，而石磴子组地质相对一般，其地表为沟谷地形，具有良好的充水条件。断层带中的裂缝有发育迹象，具有很强的富水性及导水性，并与溪水密切相关。在煤矿矿井，直接充水因素是测水组中的含砂岩裂隙水，而间接充水则是正断层煤层水被冲断，坑道水源主要是老窖积水，其次是石英砂岩裂隙水。此外，煤层露头处老窖较密集，堆积了大量矸石，主要水源是大气降雨。在开采煤层时，还要充分考虑老窖积水情况。

三、煤矿井下工作面薄煤层现场探放水问题及解决对策

首先，工作面采空区积水区未准确预计；其次，预测在井下掘进工作面进行探放水工作时存在水，但工作面只有一台潜水泵，排水量和水泵功率与要求不符，导致积水过量。而且缺乏大功率水泵和排水设备，导致积水无法及时排出；再次，在送道过程中，排水系统建设未得到足够重视，排水管道有多处跑水，无法及时排水，进而淹没了工作面；最后，降下井下水泵电机绝缘后，缺乏备用设备，排水中断，导致排水时间延迟。

因此，在井下工作面开展探放水工作后，要做好充分准备，对一些已明确采空区域巷道，需制定探放水计划，并在规定时间内进行探放水。①根据防治结合、预测预报、有掘必探探放水原则，结合地质单位的预报及地质资料，制定探放水安全技术管理措施，确定钻孔参数时，必须确保钻孔位置位于巷道和含水层最低点，且钻孔距离应尽可能小。②应落实探放水施工前所有工作，如配件备用和钻机试运转，以确保排水时水仓、供电系统、水泵能正常运行。挖掘队组需准备打钻设备，若在积水区存在未知构造和疏放钻探，要求机电队提前将控水管、排水管、电缆等设备送至探放水巷道钻场附近，然后装设水泵、排水管路等排水系统，并试转。在巷道内连接排水管路时，要确保连接管路不漏水、不跑水，避免出现有水排不出去的情况。

四、煤矿井下工作面薄煤层的现场探放水施工工艺

1、探水施工要求

①确定探水线和积水边界。收集调查获得的溶洞和老窖分布资料，分析资料中数据，根据资料分析划定积水区域，并确定积水边界线。深度界线应根据老窖和小窖最深处情况划定，探水边界线应沿积水线向外推60～150m距离，若是上山应为顺距斜距。具体数值应根据水压和积水前线可靠性确定，并且考虑煤岩石硬度，若巷道掘进到探水边界线，应在水平位置取值。在某些特殊情况下，需根据实际情况确定最低积水标高。同时，需从探水线向外推50～150m，上山掘进是倾斜距离，即警戒线。

②排放水施工器械。探钻孔采用ZDY-340型液压式坑道钻机，钻杆直径为42mm，钻头直径一般为65mm。探水钻机安装前，应在钻孔附近安装加固支架，以检查工作面压实度。同时，在工作面迎头处打好坚固安全挡板和主柱，挖好排水沟，确保流水畅通。探水前，相关人员对巷道排水沟进行清理，一般安排1～2人清理，并在打钻点或周围安装专用电话，确保通讯及时性和准确性。在确定探水位置时，需通过防探水专业人员、测量人员、班队长等人员对现场进行检查，并确定钻孔深度、角度、数量等。

③布置探水钻孔。探水钻孔一般以扇形布置，布置8个钻孔数，孔深应超过30m，孔间平面夹角通常为10～150度，钻孔超前距离应大于15m，若岩石相对松散，不应小于20m，掘进允许距离为10m，顶距应超过10m。钻孔前，间距应控制在30m以内，以防遗漏老窖的巷道。此外，为避免地板突水，应按探水→掘进→再探水→再掘进顺序施工，这种探水钻孔方法是目前较好的探水方法之一。

④工作面支护和有害气体检查。探水前，必须加强工作面支护，探水期间，要加强通风，并检查有害气体浓度。由于探水中易通过老窖释放氢气、一氧化碳等有毒气体，因此需保持通风并实时检查有害气体浓度，若出现异常情况，应及时采取相关措施，确保气体稀释至安全浓度，然后才能进行探放水。

⑤严格控制钻孔过程质量。探水时，若钻孔水头压力增加，或出现地鼓、顶钻、钻孔内部流水，应停止打钻作业，但不得拔出钻杆，钻杆应及时固定，不得在钻机后面工作或站立。然后派人向安全生产负责人或调度室报告现场情况，并派人监督水情，若情况危急，疏散水害威胁区域内所有工作人员，然后采取相关措施处理。

2、配合掘进与探水。①上山双巷掘进需采取交叉探水，由于积水区主要在上方，积水很可能威胁到上山巷道的三面，因此要采用双上山方式掘进，一条超前泄水和探水，另一条疏散工作人员，需在两条巷道之间每隔30～50m掘一条联络巷，并设置挡水墙，防止其中一条出水叶，另一条串至其中。②双巷掘进，而单巷适合超前探水，在倾斜煤层中掘进一条平巷时，主要用于上方巷道的超前探水施工，探水钻孔设置为扇形，下方为泄水巷，双巷间隔30～50m需掘一条联络巷。

3、放水技术要求。在钻孔防水前，要根据水仓容量和矿井排水能力估计积水量，并控制放水流量。放水时应严格遵守以下措施：①检查固定工作面的具体支护情况，不仅要留取钻杆部位，还要保证工作面背顶的密实度；②根据排水能力控制放水流量；③让有经验的工作人员监测水情，测定水压和水量，并记录；④应密切检查有害气体及工作面通风情况。

总之，在煤矿生产中，常发生水害事故，易导致薄煤层工作面被淹，甚至损坏设备并停产，严重时导致矿毁人亡。原因是煤矿井下探放水未严格按相关规范进行探放水，因而，在煤矿开采中，必须严格遵循防治结合、预测预报、有掘必探等探放水原则。

参考文献：

[1]吕育强.浅谈如何做好煤矿探放水闭环式管理[J].能源与节能，2015，18(12):11-12.