复采工作面探放水技术实践

复采工作面探放水技术实践

曹文卿

国家能源集团神东煤炭寸草塔二矿  内蒙古鄂尔多斯市 019010

摘要：大洪水历来是复采工作面中存在的重点自然灾害，对整个复采作业面的生产安全工作都构成了危害。通过调查河南某矿山复采面所存在的充水水源、充水渠道等有关信息的基础上，通过科学、高效的探做得和方法，有效发现并疏放老空积水，基本消除了老空积水对复采作业面的威胁，实现了对作业面的有效利用。通过物探、钻探的有效结合，从技术上和管理方面为煤矿水患治理提供了科学经验，对类似条件下的隐蔽致灾地质因素管控、防范具有一定指导意义。

关键词：

煤矿老空积水和各类补给水大多数矿井常见的隐蔽致灾地质因素之一，彻底放净积水和验准补给水赋存规律是煤矿安全生产，有效治理水患的关键。地煤公司所属矿井大部分开采侏罗纪煤层，长期受小窑破坏区、老窑采空积水及地面河流补给、含水层补给严重威胁，刻骨铭心的姜家湾煤矿“4.19”重特大水害事故及精通兴旺煤业“11.29”水害事故给受害者家属带来无法弥补的伤痛、给地煤公司造成极大的打击。因此采空积水和补给水已是地煤公司矿井极其主要的隐蔽致灾地质因素之一。为了有效治理水患，避免灾难的再次重演，地煤公司结合“晋能控股集团先进水患治理理念和矿井水患特点”严格按照查清、探明、放净、验准的“四步”原则进行水害治理，并取得了显著安全效益和经济效益。

1 复采工作面主要充水水源

1.1 地下水

该矿所采二一煤层，顶、底直接充水的水层分别是山西组砂岩和太原组上段灰岩。而底板的灰岩与岩溶裂隙的承压水面将以突水形式流入巷道，因此水量变化很大。顶板砂岩的含水层组成复杂，在回采时大部分通过淋水途径进入巷道，在导水裂隙的形成中往往处于线性渗流状态，但容量不大。在与煤层底板之间的充水含水层，如缀3Ch、C2tL1-4碳酸岩等的盐类含水层，则存在着较丰富的岩溶景观裂隙承压水，而L1线-4灰岩的隔水层厚度虽满足了正常隔水要求，但由于作业层在进行复采施工过程中造成了地基的裂缝，在回采工程中也易形成地基渗漏。

1.2 大气降水

大气降水矿井的间接充水来源，雨水先是进入补给含水层系统，继而再通过含水层系统流入矿井。根据生产矿井资料，其充水量存在着明显的季节性变化规律和长期循环规律。由于雨季为大气降雨的重点供应时期，因此矿山最大涌水量常在滞后于集中降雨的八十天左右，但在大～或集中降雨后2～10天，矿山涌水量即显著上升。

1. 3 采空区积水

煤顶板砂岩的含水层，在回采后也会以淋水的方式渗入巷道。作业面的初始开挖后，导水裂带隙形成时常呈渗流状，因而受初采的采动限制，作业面的间接充水含水层一般都会随断层破裂带以及底板上的破裂带而补给至直接充水含水层。

2 复采工作面探放水设计与施工

2.1采空积水治理

针对工作面上覆采空积水治理采用“查清、探明、放净、验准”四步法原则。查清：通过资料追溯、与邻矿交流等方式掌握了解清楚该工作面老空分布范围、积水情况，尤其收集采空巷道测点数据并绘制在1:2000采掘图中，必须开展地面物探、井下物探，结合探测成果和底板等高线趋势圈定积水区，预估积水量。

探明：根据采空区域地质情况，制定钻探设计并针对性实施。

放净：按照前高后低、最低处的积水放净原理，逐层逐面探放已采空的积水，特别是采用刀柱方式、仓方式开采的，要考虑破坏地区联通特性。疏放过程中必须严密观察水量、水压等的变动状况，同时做好二次透气孔、吹孔等保护措施，以避免钻孔阻塞，并按照所做的美好程度动态地进行补探作业，特别是在低洼区。

验准：在探作得好工作完成后，根据结合实际需要，判断是否必须进行二次地球物理探测工作，并综合对比采空区疏作得好及前后地球物理探测的不同区域分布状况，研究和评估工作的好作用。通过窥视方法对钻孔放水效果做出确定判断，最后再撰写评估报告，交矿方进行内部技术会审。

2.1.1井下瞬变物探探查

该工作面圈出以后，矿方采用井下瞬变电磁法和并行直流电法探测为进一步查明8522工作面煤层内部及顶板100m范围内富水性、含水分布情况，同时也为下一步钻探设计提供富水异常验证靶区。其工作面顶板不同层位瞬变低阻异常对比图和直流电法顶板不同高度切片立体示意图见图1，异常区综合叠加成果见图2，工作面顶板富水性综合地质推断解释图见图3。

图1 工作面顶板不同层位瞬变低阻异常对比图和直流电法顶板不同高度切片立体示意图

图2 井下瞬变电磁法和并行直流电法探测成果异常区分布图

图3 工作面顶板富水性综合地质推断解释图

根据上覆2#、3#层底板等高线趋势地质特点（西高东低，东北和东南最低）及圈面后第一次物探成果，在2522巷、2520巷、8522切巷对3#层采空区共设计了12个钻孔，对2#层采空区设计了15个钻孔，共计27个，实际施工51个，其中38个探通相应采空区，18个出水（9个出水较大，单位涌水量大于13m3/h），通过不停疏放，累计疏放3#采空积水约25万立方米，疏放2#采空积水约0.6万立方米。

2.2 补给水治理

通过对出水钻孔涌水量3个月的监测数据分析，发现2520巷及2522巷大量钻孔均已断流，仅有2522巷778～812m范围有4个钻孔涌水量没有发生变化，4孔合计35m3/h。经过对2522巷四邻及上覆的地形分析和钻探成果综合分析，该出水范围段属于最低区域，并且北部也没有水源，再加上该区域钻孔水量长期稳定，因此最有可能是从南部有长期水源补给过来。为确保该工作面正常接替，不受水害影响，地煤公司组织矿方对该处补给水治理进行了专题会诊并提出“在8522工作面留设防隔水煤柱保护上覆积水区域地层不受采动破坏，利用8522原切巷做泄水巷，钻孔接管引流的治理方案”。从2522巷测点13点西22m处开切眼，留设76m防隔水保护煤柱。保留2个涌水量最大的钻孔2-23号孔和3-10号补孔，接4寸排水管路引流至180m位置水仓，两个钻孔周围用木垛加强支护，其余钻孔封堵。在8522切巷切1点北20m位置处做防水密闭一道，在2522巷13点西5m处做防水密闭一道，见下图4。

图4 8522工作面隔水煤柱示意图

经过近2个月的开采，工作面生产正常，古塘虽有积水但均能及时疏排不影响采煤作业。

3 经验总结

一个工作面的水患有时候不是涉及单纯一类，就如本文所示，本来以为是一个比较简单的采空积水治理，通过水量监测发现还存在补给水患。对于混合隐患我们应该遵循“先易后难、逐步排除、各个击破”的原则来解决。本案例先治理静态水患也就是采空积水，再治理动态水患即补给水。

治理采空积水分两步，首先，圈出工作面结合物探成果和上覆层底板走势特点按照先高后低的原则逐步布孔探测。其次，根据探查后的钻孔落底标高重新对底板等高线进行修绘，再次核实底板走势特点。再次，根据出水钻孔的孔底标高、水量断流情况、核实后的底板走势特点按照先低后高的原则逐步补探验证。最后，使用钻孔轨迹窥视仪对其所有低洼处钻孔进行测试窥查。治理补给水的关键是根据钻孔水量监测总结出补给水量和补给流向。

矿井水患防治，应当严格地按照“一查清、二探明、三放净、四验准”的四步工法进行洪涝灾害防治水，同时矿井内还应当做好治理水技术研发和科技攻关，着力做好小窑、老空探测、地表水害的预防研究，以及开展洪涝灾害治理技术的科学研究。水害治理必须多手段探测应用，反复验证分析，特别是针对低洼区域的探测钻孔，积水断流后应对其钻孔窥视和轨迹探测，特别是高层间距的钻孔建议使用定向钻机进行实施，确保探测精准度。

结语

许多资源整合矿井基本均是通过整合地方中、小煤矿而来，因管理人员的管理水平落后、不重视地质资料收集存档，造成地测防治水基础资料严重缺失，为有效防范水害事故发生，防止在水患治理过程中存在麻痹大意，我们还得立足所积累的防治水专业知识、地质实践经验、充分考虑整合矿井采掘时代背景和采掘方式、综合运用防治水钻探成果，以谨慎的态度对现有水文地质资料进行反推、追溯。

参考文献

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