探放水技术综合应用实践

【摘 要】据统计，老空透水事故占煤矿水害事故的80%以上，因此探放水工作对于煤矿安全生产至关重要。文章以某煤矿为例，介绍了针对不同类型的采空区积水，分别采用不同的探放水方案的综合探放水技术。具有一定的推广和应用价值。

【关键词】矿井水害；探放水技术；采空区积水

前言

矿井水害事故是危害煤矿安全生产的重大灾害之一。而采空区突水约占煤矿水害事故的30%。采空区突水具有时间短、水量大、破坏性强等特点，所以对煤矿采空区积水探放是矿井防治水的重要任务之一。某煤矿是一座年产超过500万t 的特大型矿井，同时也是多煤层开采和被周边小窑严重破坏的矿井。该矿周围遍布采空区，包括古采空区、大矿的采空区和小煤矿采空区。采空区积水的存在，严重影响着矿井的安全生产。为此，有必要对探放水技术进行研究。该矿针对采空区积水类型的不同，采取不同方案解决水患，取得了良好的效果。下面对其经验进行介绍。

1 工作面概况及水患分析

5-2# 煤层工作面煤层总体比较稳定，厚度在1.3 m～2.9 m之间。直接顶为灰白色粉细砂岩互层，粉砂岩为主，水平层理；直接底为灰白色粗-中-粉细砂岩，北部以粗、中粒砂岩为主，中部发育为粉砂岩，南部发育为粉砂岩、粉细砂岩互层，向南粒度变小，北部和中部夹有少量炭质泥岩。

5-2# 煤层6506、6508、6510 工作面上覆为5-1# 层，属于较大积水区。其北部上覆为5-1# 层6306、6308 大矿采空区，于2006 年～2008 年采空。当时5-1# 层21111巷透水，大部分水涌入上述采空区中；南部上覆绝大部分为邻近煤矿破坏区，其内水、瓦斯等情况不明，从煤层底板等高线和充水性图及小窑仅有的访查资料分析，预计破坏区内存有大量的采空积水； 且5-2# 煤层与5-1# 煤层层间距为6～13.5m，属于近距离开采煤层，直接顶基本为粉细砂岩互层，性脆易碎。巷道掘进时，上覆采空区内充满的积水没有得到释放，会造成掘巷圈面期间顶板软化、局部顶板压力增大、难以维护，严重影响着掘巷期间的安全生产，同时也大大增加了探放水工作的难度。

2 采空区积水量的估算

以某矿现采层5-2# 层6506、6508、6510工作面上覆5-1# 层6308 和6306 工作面采空区为例，积水水量的计算：

Q=KSh

式中：Q —采空区积水量，m3；

K—充水系数，取 20%；

h—工作面回采高度，m；

S—采空区面积，m2。

取K 值时，根据采空区年限的长短适当增减。根据历年采空区水量计算经验，K值取20%～25%。6308工作面于2007年开采，采高h=2.13m；6306工作面于2006 年开采，采高h=2.3m。根据煤层底板等高线及充水性图分析，可预测出该采空区的积水线，并得出6308 采空区积水面积为S =10500.4m2，6306采空区积水面积为S=24530.4m2。

经过调查分析得出，该采空区无其他大的补给水源，因此K 值取0.2，由Q=KSh 得出6308 采空区积水量Q=0.2×10 500.4×2.13=4 410.2m3，6306工作面采空区积水量Q=0.2×24530.4×2.3=11 284.0 m3。5-1#层已采空多年，采空面积及积水量无法估算，只能在采掘期间执行边掘边探，保证工作面安全生产。

3 探放水方案

为彻底解除对5-2# 层6506、6508、6510 工作面的威胁，在掘巷期间，该矿地测部门坚持“有掘必探，有采必探”的原则，根据大矿采空区和小窑采空区充水条件、采空积水存在的几何形态的不同，采取不同的探放方式。

（1）在对上覆5-1# 层6308、6306采空区积水，积水范围基本清楚的情况下，放水孔应尽量打在积水区域的最低点，有针对性地探放。钻孔的方位、倾角、斜长应根据层间对应关系确定。以21108 巷向上覆6308工作面采空区所施工的1# 放水孔为例，1#设计放水孔开孔于21108巷低洼处，标高为1034.75m，终孔位置位于5-1#层6308 采空区内最低点，标高为1047.0m。由此可得出该处层间距为12.25m，同时由层间对应关系得出1# 设计放水孔开孔位置和终孔位置的平距为53.8m，方位为90°，则由三角关系可计算出该放水孔的倾角θ=arctan（12.25/53.8）=11.3°。

（2）对邻近煤矿采空区内积水根据仅有的访查图纸，结合巷道排水能力，确定钻孔个数。为了充分放水，采取“先探后放、探放结合”技术，从预计积水区域最低点向积水区域最高点每隔一定距离打一组探水孔进行密集性排查，根据各组探孔的出水、水压情况，再采取扩大孔径进行探放的方法。

4 实施过程

4.1 探放水设备

探水钻机为TUX-75kW 型钻机，配备钻孔孔口控水装置、固结套管，安装闸阀，止水套管须在10m以上，安装水压、流量传感器等仪器、仪表等。

4.2 排水系统

为了满足此次探放水，在6506、6508、6510三个工作面两顺槽各配备1趟φ=133.3mm管路和2趟φ=66.7mm管路，12台45kW水泵、6台18.5kW水泵、10台5.5kW水泵，在巷道低洼处构建了8个临时水仓和2个盘区水仓，并派专人负责排水全过程。

4.3 探放水期间的水量观测

在放水期间，派专人进行24 h 监测，随时统计放水量，检验放水效果。放水结束后写出放水总结报告，分析放水量与预计的采空区积水量是否相符，积水是否彻底放完。

经过统计，6506工作面共施工探放水孔48个，进尺502m，放出6306、6308采空区水量7000m3，放出小窑水量21000m3，共计放出水量28000m3；6508工作面共施工放水孔35个，进尺455m，共计放出水量11000m3。这两个面放水工作的顺利完成，6510工作面共计施工的30个放水孔，通孔后基本无水。采用此方法后，既解放了上覆采空积水下103万t的煤炭储量，又能减轻掘进时顶板压力，节约支护材料，赢得工作面搬家准备时间，使6506、6510工作面在煤层薄、断层多的情况下月平均回采进度200m左右，从未受到上覆采空积水的影响，顺利采完，为矿连续2a突破540万t产量创造了前提条件。

5 结论

在掘进期间采用“先探后放、探放结合”的先进技术，尤其是对积水量大或积水范围、积水量不清的上覆采空区积水超前探放，突破了在工作面圈出，排水系统健全的情况下，以放为主的传统性放水做法，起到了有的放矢的效果，减少了许多盲目性探钻工序和工作量，这尤其是对采空区近探近放具有很大的应用空间，值得煤矿系统在矿井防治水工作中借鉴和推广。

参考文献：

[1]柴登榜.矿井地质工作手册（下册）[M].北京：煤炭工业出版社，1981.

[2]刘树才，岳建华，刘志新.煤矿水文物探技术与应用[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社，2005.

[3]朱现民，刘聚友.煤矿采空区积水探放技术与方法[J].煤炭技术，2009（11）.