安顺煤矿采空区探放水方案设计与实践.pdf

ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１４Ｊｕｎｅ２０２０现代矿业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第６１４期２０２０年６月第６期连洪全（１９８３），男，工程师，５５００８１贵州省贵阳市观山湖区。安顺煤矿采空区探放水方案设计与实践连洪全（贵州豫能投资有限公司安全健康环保监察局）摘要为了解决安顺煤矿井下采空区积水问题，结合该矿采掘情况，对其９１００采空区进行了探放水工作，首先计算了采空区积水量，然后进行了探放水方案设计，确定了相关排水设备及排水路线，最后评价了此采空区的探放水效果。实践表明设计的探放水工程实践良好，既保证了巷道掘进期间不受老空区水害威胁，又省去了单独施工探放水工程所增加的工程量，减轻了施工探放水工程对矿井采掘平衡造成的生产压力。该工作的成功开展，为同类型巷道的探放水工程积累了经验。关键词煤矿采空区积水探放水ＤＯＩ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４  ６０８２．２０２０．０６．０４７煤矿采空区积水水压通常较大，若在煤矿巷道掘进过程中掘透采空区积水，会有大量积水涌入巷道，导致人员伤亡甚至发生淹井等重大事故，严重威胁矿井安全生产［１  ２］。因此，利用探放水技术查明矿井在掘进及回采过程中采空区积水的位置和产状，消除采空区积水隐患，对于有效治理矿井水害事故，保证矿井正常安全生产及人员安全具有重要意义［３  ５］。安顺煤矿９３０３回风巷位于９１００采空区西侧，煤层倾角为２～４。该巷道与上部９１００采空区隔离煤柱的距离为６ｍ，已威胁到９３０３回风巷正常掘进，故对该区域进行了探放水工作，期间采用分段掘进、分段探放水工艺，其中９１００采空区南段积水已在西翼运输大巷排出，本次探放对象主要为采空区北段积水，掘进期间放水段为９３０３巷道通尺０～３３０ｍ段［６］。本研究对该矿采空区探放水方案进行设计，供相关研究参考。１巷道概况９３０３回风巷位于安顺煤矿矿井三采区，工作面东为９３００工作面，北为９１００采空区，西、南均为未开采煤体。工作面内断层较少，总体呈较稳定的单斜层状，缓倾斜，其构造属简单类型。工作面开采Ｍ９煤层，煤层结构简单，煤层倾角为２～６，煤层厚度１．２～１．７ｍ，平均厚度１．５５ｍ。该煤层为黑色暗亮型，较脆易碎。断口呈参差状，沥清光泽，水分平均含量２．０１％，灰分１９．８６％，含硫量１．４８％，挥发分在１０％以下，发热量超过３４．７５ＭＪ／ｋｇ。根据工作面揭露情况以及临近钻孔揭露情况来看，该工作面直接充水含水层为龙潭组层状裂隙含水层，其富水性自上而下由强到弱，总体可视为弱富水含水层，但深部断层破碎带胶结性较好，透水性弱，可起到一定的阻水作用，对矿山安全生产不构成威胁。巷道通尺０～３３０ｍ段北面为９１００采空区，与巷道仅留设６ｍ煤柱，掘进期间将受到采空区积水威胁，需采取探放水措施，保证巷道掘进期间的安全。９１００工作面２００９年３月开始回采，２００９年１０月回采结束，采空区形成时间较久。根据该工作面回采情况，采空区积水可分为两部分，一部分积水在采空区南段，该段积水已通过在西翼运输巷施工的放水孔排放完毕；另一部分积水在采空区北段，积水量约３４７２．３ｍ３，最高水位标高约＋１１４１ｍ。根据西翼运输巷施工的９１００采空区放水孔水量及临近工作面涌水量，预计９３０３回风巷通尺０～３３０ｍ段掘进期间正常涌水量约３０ｍ３／ｈ，最大涌水量约１００ｍ３／ｈ。巷道采用高强锚杆＋钢筋网＋锚索梁联合支护作为永久支护，施工高强锚杆＋钢筋网＋锚索梁，锚杆间排距为８５０ｍｍ８００ｍｍ；锚索梁间距为５０００ｍｍ，排距为２１００ｍｍ，沿巷道中心线双排布置，左侧锚索梁距巷道中心线１４５０ｍｍ，右侧锚索梁距巷道中心线６５０ｍｍ，锚索由规格为  １５．２４ｍｍ７５００ｍｍ的钢绞绳加工而成；顶板破碎或遇特殊地质构造时可根据实际情况采用工字钢架棚支护。巷道通尺３３０～１１４９ｍ段两帮采用玻璃钢锚杆＋土木格栅支护，巷道通尺０～３３０ｍ段左帮采用玻璃钢锚杆＋土木格栅支护，右帮采用高强锚杆＋钢筋网＋木点柱支护。帮锚杆间排距为６００ｍｍ８００ｍｍ，木点柱紧贴煤壁，间距为１．６ｍ。９７１２９１００老空水探放方案设计２．１９１００采空区积水量计算根据原９１００运输顺槽实测巷道底板标高，该巷道在９３０３回风巷通尺２７０ｍ至通尺４０５ｍ为－１下山。采空区积水量计算公式为Ｗ＝ＫＭＦｃｏｓ α，式中，Ｋ为采空区充水系数，一般取０．３～０．５，本研究取０．３；Ｍ为采空区煤层平均厚度，取１．７ｍ； α为煤层倾角，取２；Ｆ为采空积水区的水平投影面积，６８０４．４ｍ２。经计算Ｗ＝３４７２．３ｍ３。９１００采空区实测涌水量约１５ｍ３／ｈ，涌水来源主要为受采动影响的顶板裂隙水。９３０３回风巷掘进期间，需将９１００采空区积水导入９３０３回风巷后排出。２．２探放水方案设计根据工作面设计，９３００回风巷积水区主要集中在巷道通尺０～３３０ｍ段，在该段掘进期间需提前施工放水孔。放水钻孔设计每７ｍ施工一组放水孔，每组放水孔数量为２个，使用ＺＱＳＴ  ９０／２．４Ａ型气动手持式钻机在巷道上帮沿煤层底板垂直向９１００采空区施工，放水孔施工角度参照煤层倾角（２），放水孔施工完毕后，需使用２寸钢管缠绕海带套放入放水孔进行放水，孔口安装闸阀，在钢管外端连接水泵箱通过多级泵进行排水。若发现水流变小需及时进行捅孔，放水完毕后及时关闭阀门，以防止瓦斯涌出。由于巷道多为下山掘进，需在迎头安装２台气动隔膜泵（１台使用，１台备用）进行排水。施工区队掘进至９３００回风巷通尺３３０ｍ处时，需在巷道低洼处施工１个泵坑，泵坑容积不小于９ｍ３，使用３台３０ｋＷ电泵排水，其中工作、备用、检修各１台［７  １０］。２．３放水效果检验每天早班在迎头上帮底板上方０．７ｍ处施工１个放水效果检验孔，钻孔垂直于巷道上帮布设，倾角为０。如有水涌出，则需在迎头退后补打放水孔，直至效果检验孔内无水涌出方可掘进。放水效果检验孔内不出水后，施工队需使用木楔和黄泥封堵，以防止瓦斯异常涌出。２．４排水设备选型２．４．１排水设备所需排水能力根据相关计算，工作水泵最大排水能力Ｑｍａｘ＝１２０ｍ３／ｈ，所需扬程Ｈ＝１６．２５ｍ。本研究选择３台Ｄ８５  ４５２型水泵作为主排水泵，其中１台使用，１台备用，１台检修；选择２台ＢＱＧ  ３７５／０．５型气动隔膜泵和２台ＢＱＳ５０  ３０  ７．５／Ｎ型水泵作为辅助排水泵。水泵技术参数取值见表１。表１水泵技术参数设备名称设备型号额定功率／ｋＷ流量／（ｍ３／ｈ）扬程／ｍ质量／ｋｇ水泵Ｄ８５  ４５２３０．０８５８０２４０水泵ＢＱＳ５０  ３０  ７．５／Ｎ７．５５０３０５３２．４．２排水管选型根据计算，９３０３回风巷在通尺０～３３０ｍ处安装６寸排水管路一趟，能够满足排水要求。由于巷道通尺３３０ｍ后不受采空区积水威胁，安装一趟４寸排水管路即能满足排数需求。２．４．３排水路线９３０３回风巷掘进面的积水使用水泵由排水管路排到西翼运输下山水沟，经过西翼运输下山水沟自流到三盘区水仓，后经西翼轨道巷排入主水仓，最后经主水仓排至地面净水站。３探放水效果评价３．１探放水钻孔施工情况９３０３回风巷掘进期间严格按照探放水设计进行放水验证，即每掘进７ｍ布置一组钻位、一个验证钻孔。钻孔与巷道夹角成９０，终孔孔深６ｍ，放水孔高度沿着Ｍ９煤层底板顺煤层坡度施工，钻孔不出水或出水小时应及时套孔，确保将水放净。放水一段时间后若钻孔不再涌水，在巷道顶板下方１．５ｍ处施工一个验证孔，验证孔无水流出时方可掘进。２０１７年１１月１３日２０１８年４月１３日，矿山９３０３回风巷通尺０～３３０ｍ共施工了放水孔及验证孔５８个，钻探总进尺３４８ｍ，孔深大部分为６ｍ。在９３０３回风巷排放老空水期间，为能够便于观测水位变化情况，利用水压传感原理在放水孔孔口安装了水压观测装置，能够快速直观地观测水位变化情况。３．２探放水效果探放水期间单孔最大涌水量约５ｍ３／ｈ，探放水钻孔施工后，排放９１００采空区积水约４４５１ｍ３，已扣除动水补给１０ｍ３／ｈ。２０１７年４月１５日测得西翼运输下山探放９１００老空水钻孔涌水量由７．５ｍ３／ｈ降至３ｍ３／ｈ，积水标高由＋１１４１．０５６ｍ降至＋１１３９．６８６ｍ，截至２０１７年４月２０日，只有巷道通尺３１０～３３０ｍ段小部分放水孔存在出水现象，且水量逐渐减小，可见本研究施工匠探放水钻孔已基本将采空区积水放净。３．３探放水过程中存在的问题９１００采空区预计放水量为３４７２．３ｍ３，实际放水量约４４５１ｍ３，放水量与预计水量相差约９７８．７ｍ３，其原因是采空区涌水量为估算值，且未计算与东翼采空区之间导通后产生的动态补给水，导致积水排放量增大，排水时间延长。钻孔施工期间由于套管长０８１总第６１４期现代矿业２０２０年６月第６期度较短，部分钻孔遇煤体潮湿容易产生堵塞、塌孔现象。４讨论（１）本研究探放水钻孔施工达到预期效果，主要原因为钻孔长度短，且钻孔整体处于煤层中，硬度均匀，钻杆下沉量较小，钻孔容易达到设计的终孔位置，偶尔出现钻孔不出水现象，同时通孔或补孔问题也能得到及时解决。（２）本研究探放水工程采用水泵箱与放水孔相连的措施，避免了老空水直接流入巷道产生淤泥积水，减少了探放水巷道工程质量造成的影响。（３）采用边掘边探放老空水的措施，既保证了巷道掘进期间不受老空区水害威胁，又省去了单独施工探放水工程所需的工程量，减轻了施工探放水工程对矿井采掘平衡造成的压力，同时也为同类型巷道的探放水工程积累了施工经验。（４）放水孔多为区队早班接班后施工，在局部瓦斯治理期间同时进行放水孔施工，避免了单独施工放水孔对生产掘进的影响及反复移动钻机造成的工程浪费。（５）９３０３回风巷探放９１００老空水工程取得了较好的经济效益和社会效益，安顺煤矿三、四采区多为沿空留巷或沿空掘巷，此次放水工程的成功实施，对于该项技术在本矿区以及其他矿井的推广应用具有较好的参考价值。参考文献［１］于丽雅．煤矿充水性分析及采空区积水探查安全技术措施［Ｊ］．山西焦煤科技，２０１６，４０（４）４０  ４２，５３．［２］渠磊．综合探测采空区积水在斜沟煤矿掘进中的应用［Ｊ］．山西焦煤科技，２０１６，４０（５）１９  ２１．［３］杨天兵．采空区探放水技术的应用研究［Ｊ］．企业技术开发，２０１４，３３（２０）２８．［４］李雁强．老空区探放水技术分析［Ｊ］．矿业装备，２０１９（３）３４  ３５．［５］王琦．积水采空区下部巷道探放水技术应用分析［Ｊ］．能源与节能，２０１９（５）１２９  １３０．［６］郭敏，贾社芹，赵建军，等．鹤壁四矿采空区探放水技术研究［Ｊ］．中州煤炭，２００４（５）５  ７．［７］侯俊华，王宏．东滩煤矿１４３１７工作面探放水工程设计方案［Ｊ］．山东煤炭科技，２０１９（８）１８６  １８７，１９４．［８］贾宏伟．煤巷掘进超前探放水施工技术应用［Ｊ］．江西煤炭科技，２０１９（３）１８９  １９１．［９］薛辉．煤矿探放水施工存在的问题及处理措施［Ｊ］．煤矿现代化，２０１９（４）１９０  １９２．［１０］程凤飞．寺河煤矿３３０８工作面探放水实践［Ｊ］．江西煤炭科技，２０１９（２）２８  ３０．（收稿日期２０１９  １０  ２３櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄）（上接第１７８页）图４超前锚杆＋环向锚杆＋钢拱架纵向布置（单位ｍ）５结论针对恰拉塔矿区岩石极度破碎的斜坡道施工，在开挖面顶部一定范围内，沿坑道设计轮廓线，施工超前锚杆孔，向锚杆孔内压入砂浆后打入一排或多排纵向锚杆（或小钢管等），以形成一道顶部加固的岩石棚，施工至一定距离后（在尚未开挖的岩体中必须保留一定的超前锚杆长度），再施工后续超前锚杆，使前后超前锚杆有一定长度的重叠，如此循环前进，施工人员始终在岩石棚的保护下进行作业，确保了施工安全；再配合钢拱架和锚网喷支护技术，有效保证掘进巷道围岩稳定。根据岩石破碎程度采用了不同的支护方式，顺利通过围岩极度破碎段，取得良好的效果及效益，为同类工程施工积累了宝贵经验。参考文献［１］董方庭，姚玉煌，黄初，等．井巷设计与施工［Ｍ］．徐州中国矿业大学出版社，２００４．［２］徐永圻．采矿学［Ｍ］．徐州中国矿业大学出版社，２００３．［３］崔云龙．简明建井工程手册［Ｍ］．北京煤炭工业出版社，２０００．［４］王介峰．凿井工程图册［Ｍ］．北京煤炭工业出版社，２００５．［５］古德生，李夕兵．现代金属矿床开采科学技术［Ｍ］．北京冶金工业版社，２００６．（收稿日期２０２０  ０２  ０９）１８１连洪全安顺煤矿采空区探放水方案设计与实践２０２０年６月第６期

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