煤矿小煤柱沿空掘巷探放老空水实践探讨

煤矿小煤柱沿空掘巷探放老空水实践探讨

从兆路

徐州大屯工程咨询有限公司  （江苏  沛县  221611）

摘  要：水文地质条件、产状及回采工艺对煤矿煤层开采产生一定程度的影响，回采完成后的同采区上部工作面采空区充水，产生的积水水害严重威胁掘进及回采下部工作面。本研究结合煤矿掘进典型工作面过程中探放老空水的相关工作实践进行初步探讨，使威胁上部的老空水害得到解除，小煤柱沿空掘巷探放老空水的相关难题得到妥善解决，资源回收达到最大限度。对煤矿采空区计算得到的经验充水系数，对于掘进和回采工作面过程中防治类似情况下的水害为日后工作中提供了可借鉴的经验。

关键词：煤矿小煤柱；空掘巷；探放老空水

1. 前言

某煤矿面积约16.5平方千米，开采处于-180—-1050米之间的深度。煤矿工业资源达到14450.3万吨储量，可采8120万吨储量。煤矿主采煤层二叠系下煤层达到1.20—10.30米之间的煤层厚度，平均5.9米厚，煤层达到20-35度之间的倾角，平均 为30度倾角。煤矿应用立井单水平上下山开拓方式，通风为中央并列式，采煤工艺采用走向长壁后退式，按照每年1.2兆吨的生产能力进行设计，达到48年的服务年限。

2. 煤矿工作面基本情况

煤矿采区左翼按照3个工作面进行布置规划，自下至上分别为三-4030工作面、三-4020工作面、三-4010工作面。三-4030工作面、三-4010工作面已完成回采工作，形成孤岛工作面三-4020工作面，为使资源回收达到最大限度，在对该工作面设计过程中按照4米小煤柱进行了相应留设，分析煤层倾角可知，掘进下顺槽过程中水害不会对其产生威胁，但上顺槽与上部三-4010工作面采空区只有4米距离隔离煤柱，三-4010工作面存在的老空积水在掘进过程中对其产生的威胁程度较为严重。

3. 预测采空区积水量及确定三线

三-4010工作面采空区顶、底板砂岩水是采空区的主要水源。

3.1 预测采空区积水量

对积水上限没有进行实测时，三-4010工作面完成回采，在回采过程中达到每小时1立方米的正常涌水量，采空区外部高内部低，最低的积水部位为-362米高程，处于切眼开口东侧20米。结合该区域水文地质的相关数据，以采区封闭后每小时1立方米的充水速度进行计算，采空区积水量半年时间可达到3705立方米。

对积水上限进行实测后，结合采空区预测积水量及积水边界，施工钻孔在探放水施工第一阶段，实际积水标高的确定应用水准管引流方法，采空区积水标高最高达到-354.2米，采空区外部高内部低，最低的积水部位为-362米高程。结合采空区积水标高，对采空区积水等水位线进行绘制，并对积水区面积进行计算达到1816平方米（S），工作面采高平均为5.4米（H）， 煤层29度倾角（α），采空区积水量计算公式V=KSH/cosα，充水系数K为0.4，根据上述公式进行计算采空区积水量为4529.5平方米。

3.2 确定三线

与煤矿巷道采掘工作面平面图及巷道标高相结合，三-4010工作面下顺槽外部高内部低，以积水最高位置为M 点，画出积水线MN，积水线以下为积水区，M点与N点具有相同标高为-351.1米，积水最低处为Q，NQ之间距离15.4米，MQ之间距离233.5米，高差最大为8米，水压达到0.08兆帕，封闭采区后密闭并对泄水孔保留，同时未流出水，泄水孔向里的高程最高达到-350.6米。与煤矿采掘工程导致的老空、硐室、老窑等一些积水区域以相结合分析，具有准确的积水边界，清晰的水文地质条件，最大水压为0.1兆帕，煤层距离探水线与积水边界之间应超过30米，探水线自积水边界向外延长35米，与积水边界相结合，警戒线向外延长50-150米之间可取50米。也就是警戒线和探水线分别位于三-4010工作面上顺槽导线拐点前水平距离13.5米和28.5米位置，煤矿巷道掘进到探水线时，一定要超前完成探测后才能继续施工。

4. 探放水设计

4.1 预测单孔涌水量

     结合布置钻孔的具体方式，采空区水位在每次放水后都处于最小角度钻孔完成后的标高部位，根据煤矿巷道剖面进行分析可发现，三-4010工作面下顺槽底板与水位之间距离的平均值可达到10米左右。

结合能量守恒定律的公式：

        （1）

    其中， 是指水的密度，m是指质量，v是指水流速度，g是指重力加速度，h是指高度。

以及涌出量计算公式：

             （2）

其中，是指涌出量，r是指钻头半径。

由上述（1）（2）两式可计算单孔涌出量Q 约为每秒100立方米。结合排水高差及单孔涌出量的数值，施工现场应确保排水能力正常应超过每小时100平方米，扬程超过20米，排水能力最大应超过每小时200平方米，排水系统达到同能力、双电源、双泵、热备用等效果。

4.2 探放水设计

     在布置钻孔方面，为使探放采空区积水合理有效，确保采空区全部梳干积水，应用探放水、掘进分段的边掘进边放的渐进式方法探放水，在煤矿巷道右帮应用探水钻机、直径50毫米钻头、直径42毫米钻杆进行施工探水钻孔。按照有探必掘方式，对三-4010工作面分为 5个阶段探放老空水。各阶段按照6个钻孔进行设计，其中前三个分别为15米、30米、45米长度的钻孔为积水检查孔，由探水起点逐渐排查到没有掘进的老空区区域，对上阶段放水效果进行检查，并排查疏放巷道低洼区域残存可能形成积水的区域，确保不存在放水盲区。后三个孔为长探钻孔，巷道前进方向上终孔达到70米投影长度，各个钻孔的终孔之间达到3米水平间距，垂直方向上达到1.5米间距，自上至下疏放老空区，确保降低水位达到设计标高。完成探水后，基于70米探放、40米掘进、30米超前距的基本原则进行有掘必探，可掘进40米，达到30米超前距，向超前距进行掘进时，根据循环施工流程，每次向超前距施工后，结合施工现场实际对钻孔设计参数进行重新修正。

    在检验效果方面，煤矿巷道右帮垂直巷帮施工的泄水孔2 个分别处于老空区低洼地，分别达到9.6米和11.8米孔深，40度和60度倾角，确保垂直方向上终孔之间达到1.5米间距，用于对各阶段探放水效果及探放水过程中观测的充水及排泄积水情况进行检验。

5. 总结

    综上所述，煤矿实施采空区老孔水探放，将采空区积水基本梳干。完成探放水工程后，施工的泄水孔处于老空区低洼地，对疏通进行定期检查，确保及时排出老孔水。本研究中煤矿探放水实施效果较好，使三-4010工作面老孔水对其它工作面产生的水害威胁得到妥善处理，提高了上顺槽掘进的安全性，完成回采后，未发生水害。煤矿采取单水平上下山掘进， 各个采区难免存在老空水害问题，实施老空水探放获得的良好效果，为相同情况下煤矿巷道工作面掘进及防治回采过程中的水害问题提供了有效方法。

参考文献：

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[2] 柴韶华.复杂地质条件下采空区老空水远距离探放技术[J]，煤，2023.7

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[5] 赵文才，张杰.井下封闭采区老空水的开发利用[J]，煤，2020.16