探讨近煤层采空区下掘进防治水技术_申伟.pdf

2023年第7期西部探矿工程*收稿日期：2022-10-11作者简介：申伟（1987-），男（汉族），山西晋城人，助理工程师，现从事井下探放水工作。探讨近煤层采空区下掘进防治水技术申伟*（山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公司，山西 晋城 048400）摘要：在煤矿开采环节容易发生突水事故，严重的还会引起各种安全事故。因此需要做好防治水处理，以便给项目开展奠定基础。以某项目工程实例为研究背景，对近煤层采空区下掘进防治水技术进行研究，先是阐述该工程基本资料，而后在阐述老空区积水情况的同时，明确了积水量预计方式，最后详细分析防治水技术操作要点。以期在论述后，能给类似工程参考。关键词：近煤层；采空区下掘进；防治水中图分类号：P618 文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2023)07-0140-04在近煤层采空区下掘进防水技术应用阶段，想要切实地提高防治水技术的应用效果，就需要明确近煤层采空区下决定防治水工作的目标，并且按照项目的实际特点通过优化技术更新技术来提高防治水技术的应用水平。因此对下掘进防治水技术应用要点进行探讨，明确技术的工艺标准以及要点是非常值得关注的一项内容。1井田概况对该井田进行分析发现，该区域为二叠系煤层地层被新生界松散层覆盖，该层沉积状态因为古地形的作用而发生变化，测量后确定厚度为56.35134.85m，平均厚80.6m。经过专业技术人员对于现场进行钻探、电测井资料、岩性等方面的特征展开分析，分析了解该地层结构组成，包含含水层、中部隔水层、底部含水层等。二叠系煤系地层结构主要的组成部分是砂岩、岩浆岩、煤层等，并且其核心组成部分是泥岩、粉砂岩，并且砂岩裂隙发育状态较差。地下水存储量比较大，贮存以及移动的过程中处于构造裂隙内，赋水性会因为构造裂隙而发生变化，并且贮存量为主。了解到矿井资料的具体情况，发现主采煤层顶部、底板砂岩裂隙水内、岩浆岩裂隙水等水量比较大，是目前主要的煤层开采水源，并且对于整个煤层的开采产生较大的影响，必须选择合适的防治水措施，才能规避不利因素干扰，促进工作效果提升。2老空区积水情况在本次采矿区的范围内，所选择的123工作面整体处于124老空区的正下方，两者的间隔距离为2.5m，并且各个位置上是均匀分布的，主要是开采4#煤，其煤层厚度平均是1.27m。煤层顶板的组成部分是泥岩、粉砂岩等，煤层的稳定性比较差，难以满足开采工作的需要。在123作业面开采的环节，在运输的过程中通过胶带运输机完成，并且需要穿越124老空区胶带运输巷下方，持续性掘进作业，其水源产生的部位比较多，比如顶板裂隙水、124老空水等等，而这些水源都会给掘进作业施工产生很大的影响，所有必须详细对现场进行探查分析，以掌握影响因素，以便于采取合理的应对措施。通过124工作面设置在水平东翼43采空区的下方，上部和4332采矿作业面相邻设置，布置在斜轴的部位上。经过现场勘测后得出，该煤层倾角为20，厚度在0.62.5m之间，平均为1.8m。在整个工作面中走向长度为560m，倾向长65m，标高-260-217m。现场作业面的顶板地质条件是泥岩、粉砂岩等条件，所以在进行掘进、回采的作业中巷道以及工作面内都会出现淋滴水的情况，并且不同位置上有很大的差异，要分别对待。该工作面的开采作业时间为1年2个月的时间，通过应用炮采对拉的方式进行，工作面以东高西低的形式存在，两巷比较高，并且向斜部胶带运输巷低。在斜构造轴内有较多的地下水，基本上全部集中在该位置上，且周边裂隙发育比较明显，还有导水通道与储水空间。正是因为该区域内地质条件较为特殊，所以容易造成124工作面终采线周边老空区轴部有较多老空水，并且还要在运输时预防出现老空水涌入的情况，才1402023年第7期西部探矿工程能保障安全性。3积水量预计通过合理地确定积水区域，并且合理地预测124采空区积水量，得出表1的参数，并按照下式进行计算:Q积=Q采+Q巷（1）Q采=KMF/cosa（2）Q巷=WLK（3）式中：Q积积水区总积水量，m3;Q采采空区积水量，m3;Q巷老巷积水量，m3;K充水系数，采空区取0.30.5，煤巷取0.50.8，岩巷取0.81.0;M采空区的平均采高，m;F采空积水区的水平投影面积，m2;a煤层倾角，();W积水巷道原有断面，m2;L巷道长度，m。采高（m）1.8面积（）1560煤层斜角（）20胶带运输巷断面（）10胶带运输巷长度（m）100表1采空区相关参数钻孔位置中线距左帮1.0m距右帮1.0m设计方位（）302733设计倾角（）171717孔深（m）303030开孔标高（m）-257.3-257.3-257.3孔低标高（m）-249.2-249.2-249.2表2钻孔参数时间流量11号5.011234.218号3.622号3.026号2.5表3涌水量统计（m3/h）4掘进探放水方案设计4.1探放老巷水123胶带运输巷从施工开始，在现场间隔2.5m就要使用锚杆钻机从掘进面以上的124老巷开始进行2个探水孔的设置，与安全施工地点的J2前部有11m的距离，与124老空区有85m的距离。在该老巷中标高不断的降低，在J2前方60m的距离，g8的部位上设计有比较大的下坡结构，整个巷道基本上是平直的状态，并且还存在有缓慢上升的变化趋势。这时所设置的探水孔，有部分水流出，同时可以闻到有比较重的臭味，说明这个位置上就已经有老巷水。经过对现场特殊部位上的勘测分析，了解到地质条件信息，如果继续向前作业施工，上覆老巷积水量不断地增大，问题也在不断的严重。因为本次研究的 123 胶带运输巷正好是在124胶带运输巷的正下方，对于老巷水的探测造成了一定的难度，经过以上分析发现，明确在123胶带运输巷上设置探放水孔，具体可见表2数据。根据现场需要，应用的是75型油压钻机，钻孔直径为75mm，并且采用的是无岩芯钻进的方式。在本次煤矿开采的钻进作业中首次开始Zk1-01孔钻进施工，从施工到21m进入到124老巷后，出水量处于4.0m3/h左右(表3)。在老巷水不断地疏放情况之下，出水量也在处于稳定的状态中并且结合特殊地质条件展开分析，如果继续向前作业施工，上覆老巷积水也会出现增大的情况。同时，经过Zk1-02、Zk1-03放水之后，基本上已经没有积水，完全可以满足使用的需要。对于本次的放水作业中总计进行了2次放水，将老巷水基本上排放出去，两次分别排放1253m3、2611m3，将老巷的积水基本上都能够疏放掉，并且还能降低水1412023年第7期西部探矿工程压的作用力。在进行了2次持续性的排水作业之后，只有中间孔出水。通过分析之后发现，在本次设置的探放孔，其直径相对比较大，所以使得终孔与老巷存在着较大的偏离，影响最终的效果。4.2探放老空水从本次现场作业的实际情况分析，要想对于最低部位上达到探放水的效果，在设计方案中规定，钻孔时应该超出老空区至少1.0m以上，才能达到放水的效果。因为当前的煤矿作业范围内，胶带运输巷处于J2前方65m，整个区域内上覆老巷在某个小范围的下坡上，所以在设置时，其标高低于采空区最低处，这样可以提升探放水的效果。在本次钻场中设计需要放水孔有5个，放水孔仰角从大到小采用的是扇形设置方式，并根据需要先后实施Z1、Z2、Z3、Z4、Z5几个孔的设置，放水孔全部都是在4#煤层内开孔设置，并且在进入到4#煤层顶板，然后直接打孔进入到老空区、老巷根据钻孔作业的需要，选择使用75型钻机施工，钻头直径为75mm。在本部分放水作业之前，为了提升生产的安全性，停止掘进且在钻场后20m的位置上，到巷道掘进面工作区域内，沿着巷道的方向设置加固支护设施，提高结构的稳定性，确保现场作业的安全性。在本次探放水钻探作业中由专业技术人员落实现场生产指导性工作，然后结合实际需要开展钻探作业施工。钻孔工作开始之前，现场作业人员测量钻场标高，并明确具体的探放孔深度，为后续施工提供帮助。经过对上述钻孔作业，发现出水量先增加后减小，说明后续钻孔作业后，放水的效果比较好，完全可以达到防水的效果。在探放水作业的环节，因为钻孔时全部都穿越煤层，所以在放水的环节出现了堵孔的情况，只有Z1孔没有发生堵孔的情况，所以现场施工中检查发现出现的堵孔问题要再次钻孔处理，确保水道达到通畅性的要求。在探放作业中Z1孔因为终孔标高是最高的，所以在钻孔后，先不出水，在其他的各个孔都相继出水之后，水量依然保持稳定状态，没有明显的增加。因此，可以判定在疏放作业后，水压不断地减小。经过一段时间的疏放，整个区域内疏放水量达到9270m3，压力下降到合理的范围内，达到现场作业的标准和要求。4.3边探边掘经过对上述的124老巷以及采空区低洼积水状况的了解，预测该区域内的积水已经全部都排放干净，但是在有些的工作面部位沿着标高线出现起伏变化，加上回采后存在着一定数量矸石，造成现场一些区域内还会部分积水存在，所以在开采的环节，必须按照要求进行探测、掘进，通常每间隔10m需要探放一次，从而满足现场开采作业需要。5强化巷道围岩控制及掘进防治水安全措施(1)为了全面提升整体掘进作业中巷道安全、稳定，防止发生变形的问题，不会引发淋水的危害，确保回风巷正常的运行，所以在现场需要采取必要的支护性措施，提高结构强度性能，在支护时选择应用锚网喷+钢棚支护的形式。经过对现场勘测分析，考虑到实际情况确定最佳的技术参数，本次制作的钢棚用材料是螺纹钢筋，直径为18mm，使用6根制作主体结构。支护现场施工后，进行混凝土喷射作业，材料为C25，喷射厚度为250mm。为了尽量地避免出现巷道淋水的问题，在进行支护施工中锚网中内侧需要设置隔水材料以及泄压管，可见图1。图1巷道加强支护示意图（单位：mm）(2)因为本次开采作业的123煤层采空区有较多的积水，面积比较大，影响范围也比较大，且补水水源以地表水为主，所以在掘进作业的环节，对于采空区下部施工中要及时进行疏排水处理，同时还要组织专业技术人员、应用先进设备进行积水情况监测。巷道掘进作业环节，先进行物探作业，再进行钻探验证，每项工作措施都能有效的执行，实现超前探放水。如果在探放水的过程中有出水钻孔的情况，要立即更换钻孔，将其转化为永久性排放钻孔保留下来，以防止诱发安全事故。回风巷经过上述的综合防治水的处理后，整个巷（下转第145页）1422023年第7期西部探矿工程（3）如果物探有异常时，依据物探分析结果及采掘工程平面图1m 底板等高线分析结果，在正常钻探的基础上补充对异常区的钻探验证，在物探异常区等高线最低点进行探放水钻孔布置，进行单孔设计。（4）通过9#煤采掘情况及超前钻探成果分析，工作面前方会遇陷落柱时，在工作面正中按顺槽方向打一钻孔，尽量一次性穿透陷落柱，然后在两边再布置两个钻孔（保证偏帮距不小于20m），探明该陷落柱导水情况。如终孔未能穿透陷落柱时，保证超前距不小于30m的前提下进行掘进，当掘进到位时再按探正常循环设计进行钻探。（5）钻车在钻孔过程中，当钻杆之间采用螺纹连接时，动力头严禁反转，只有在加接或拆卸钻杆时，夹持器夹住钻杆后才可反转。当钻杆之间采用四方扣传递转矩，并用U型销连接时，在卡钻、抱钻时动力头才可反转。（6）打通9#煤采空区的钻孔在无水害时，瓦斯员检测瓦斯后，必须立即组织队组对相应的钻孔采用棉纱、水泥等封孔材料进行封堵，保证无有害气体泄漏；在钻孔有水害时，按设计要求排完积水、瓦斯检测完成后，组织立即封堵。4结束语山西煤炭运销集团金达煤业有限公司通过对新二采区轨道巷上覆9#煤层采空区积水采取合理有效探放水措施后，探水钻孔共计放水量为5775m3，基本消除了上覆9#采空区积水隐患，巷道在后期掘进过程中，顶板最大淋水量为0.7m3/h，对巷道掘进影响小，达到了水害隐患治理的目的，取得了显著应用成效。参考文献：1阚志涛.双臂钻机在掘进工作面探放水钻孔施工中的应用J.煤炭工程，2021（11）：57-60.2赵玉锐.邻近采空区探放水施工技术应用J.煤炭与化工，2021（9）：55-57.3吕谷威.掘进巷道超前探放水施工设计J.山西冶金，2021（4）：310-311.4孟志彬.掘进巷道探放水技术应用分析J.山西化工，2021（3）：24-25.5栗炜.煤矿超前探放水施工技术应用实践J.山东煤炭科技，2021（5）：173-174，177.钻孔编号123456方位角（）90691115412690倾角（）18+18+11+孔深（m)606464404061探查层位10#、11#合并层10#、11#合并层10#、11#合并层开孔点至9#层采空区开孔点至9#层采空区开孔点至9#层采空区表4巷道8211334m段钻孔参数表（上接第142页）道内掘进过程中淋水情况不断地减少，围岩变形没有超过30mm，所以总体来说123煤层的安全性达标，并未出现恶性事故。6结语在煤矿开采环节容易发生突水事故，而这种现象是比较普遍的，因此，考虑到工程的安全性必须采取合理的措施处理。在本次研究中老空区的充水情况比较严重，积水量也比较大。而通过合理的应用各种疏放水措施，有效地降低内部水压，让积水可以及时排出。在本项目中降压的效果非常好，围岩变形量处于合理的范围内，通过该防治水技术的应用切实保障煤矿开采效果，对于当前的煤层作业产生积极的意义。参考文献：1曾亮亮.含水层下巷道掘进防治水技术J.中国石油和化工标准与质量,2020,40(11):187-188.2弓建伟.倾斜厚煤层掘进工作面冲击地压防治技术的实践J.山西化工,2020,40(2):88-90.3向剑飞,朱静静.整合矿井掘进巷道有害气体防治技术研究J.中国煤炭,2020,46(1):50-53.4孙士聪.巷道掘进过导水断层水害防治技术研究J.石化技术,2019,26(10):302-303.5郑长生,赵辉.深埋高应力大断面煤巷掘进片帮防治技术J.内蒙古煤炭经济,2019(8):76-77.145