中煤平朔集团井工三矿二采区9#煤层探放上覆采空区积水技术研究

中煤平朔集团井工三矿二采区9#煤层探放上覆采空区积水技术研究

郭君

中煤平朔集团有限公司井工三矿，山西朔州036006

摘要：中煤平朔井工三矿在开采二采区9#煤层39201工作面过程中，上覆4#煤层采空区积水给39201工作面安全生产带来水患威胁，回采工作面存在涌、突水问题。通过分析研究矿井地质及水文地质条件，介绍了该矿在探放采空区积水中采取的措施，为回采工作面的安全生产提供了技术指导。

关键字：二采区；39201工作面；采空区；涌（突）水；探放水

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概况

中煤平朔井工三矿位于山西省朔州市平鲁区井坪镇东北部，宁武向斜的北端，总体为一向东南倾斜的平缓单斜构造，在此基础上发育了不少的幅度大小不等、方向不一的次一级背向斜构造，本矿内较明显的背向斜有311向斜、335向斜、木瓜界背斜、马营背斜以及东坡向斜等，二采区主要受东坡向斜构造影响。井田内含煤地层为二叠系下统山西组、石炭系上统太原组、中统本溪组，但具有经济价值的含煤地层仅为太原组，主采太原组4#、9#煤层。太原组4#煤层厚度10.45m，9#煤层厚度11.79m，煤质特征：4#煤层为中高灰、低硫、低磷、中低发热量的长焰煤；9#煤层为中灰、中硫、低磷、中发热量的长焰煤。39201工作面可采块段分布在东坡向斜的两翼，在39201工作面回采过程中，老塘水突出，涌水量可达20m3/h。上覆4#煤层采空区积水给39201工作面安全生产造成极大威胁。

1矿井水文地质条件

井田内自上而下主要含水层有第四系松散孔隙含水层，石炭-二叠系碎屑岩裂隙含水岩，奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层三套含水层组。由于井田西北部大沙沟河流由西南-东北斜穿而过，靠近大沙沟河谷的砂岩隐伏露头区，既可接受地表径流入渗和大气降水入渗补给，又可接受大沙沟河水渗漏补给，而且一采区位于煤层风氧化带，风化裂隙发育，可能会给二采区含水层提供补给。石炭-二叠系碎屑岩裂隙含水层，可细分为5层，自下而上分别有太原组下部T2砂岩裂隙含水层、太原组上部T3+4砂岩裂隙含水层、山西组K3砂岩裂隙含水层、下石盒子组K4砂岩裂隙含水层、上石盒子组K6砂岩裂隙含水层。4#煤层主要受上覆K3砂岩含水层影响，9#煤层主要受上覆T3+4砂岩含水层影响。由于K3砂岩含水层富水性较强，受东坡向斜影响，致使4#煤层工作面呈中间高两边低，利于积水，历史矿井最大涌水量300m3/h。因此，K3砂岩裂隙水、大沙沟河流是矿井采空区的主要充水水源。

2二采区9#煤层探放上覆采空区积水技术

2.1概况

39201工作面回采区域位于二采区西盘区，南起二采区9#煤辅运大巷，北至矿界保护煤柱，西起二采区边界，东至二采区39202工作面。39201工作面长度1759m，宽度300m，工作面底板标高为+1003.8～+1127.9m，煤层平均倾角为9°。39201工作面南北两侧较高，最高处海拔1154m；中间东坡向斜附近较低，最低处海拔1007m，整体呈凹字形。39201工作面上部为34201、34202采空区，39201工作面辅运顺槽西距34201主运顺槽75m，39201工作面主运顺槽东距34202主运顺槽245m。向斜轴部最低点4、9煤层间距约53m，位置关系如图1。采空区呈南北高中间低，整体呈凹字形，积水标高1078m，预计积水面积25460m2，积水量约21560m3。预计放水点水头压力0.25MPa。根据《煤矿安全规程》、《煤矿防治水细则》及防治水有关规定，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则，为解除4#煤层采空区积水对9#煤层采掘工程的威胁，保证39201工作面的安全回采，必须对34201、34202采空区积水进行探放。

2.2探放水工程设计

2.2.1探放水位置

39201工作面上覆采空区积水区域主要分布在3个位置，即34201工作面主运顺槽侧低洼点、34201工作面辅运顺槽侧低洼点及34202工作面辅运顺槽机尾区域。针对这三个位置在39201主辅顺槽合适位置设置6个施工地点，探放上覆采空区积水。每孔开孔于巷道顶板下1.5m处。

施工位置分别位于：

1、39201工作面辅运顺槽1700m处硐室内；

2、39201工作面辅运顺槽1620m处；

3、39201工作面辅运顺槽1450m处硐室内；

4、39201工作面辅运顺槽1200m处；

5、39201工作面主运顺槽1150m处硐室内；

6、39201工作面主运顺槽1200m处硐室内。2.2.2钻孔位置

探放水钻孔布置在39201主、辅运顺槽内，设计探放水钻孔85个，各钻孔参数见表1，具体位置见图1、图2。

2.2.3钻孔结构

此次探放水钻孔结构分为两种，一种为下套管钻孔，一种为不下套管钻孔，在39201工作面辅运顺槽1700m处硐室内、39201工作面辅运顺槽1620m处、39201工作面辅运顺槽1450m处硐室内、39201工作面辅运顺槽1200m处施工的钻孔均下套管，0～10m孔径Φ108mm，下Φ89mm套管10m，10m至终孔孔径为Φ75mm；在39201工作面主运顺槽1150m处硐室内、39201工作面主运顺槽1200m处硐室内施工的钻孔，全孔Φ75mm→Φ89mm→Φ108mm→Φ150mm→Φ170mm；不下套管。套管外端均接孔口闸阀，以便有效控制放水，以及测定水头压力数据。

2.2.4排水管路及排水路径

探放水及回采放水期间，39201工作面主运顺槽设置1个主排水点，备有6台BQS100-60-37/N排沙潜水泵、3台MD-155-30×8多级泵；辅运顺槽设置1个主排水点，备有3台MD-155-30×8多级泵，6台BQS100-60-37/N排沙潜水泵。在工作面主运顺槽和辅运顺槽分别设置2趟6寸排水管，工作面各排水点积水最终排至中央水仓，工作面排水能力达到600m³/h，一旦出现水患时，能够及时排水。备用水泵、开关等必须在每天的机电例行检查中进行试运行并做好记录。确保工作面出现紧急情况时，水泵可以正常排水，保证两巷排水能力均不低于450m³/h。

3施工安全技术措施

（1）进入现场的所有设备要符合井下防爆要求。

（2）设备进入现场前，要对钻场进行现场安全检查，进行安全确认，符合安全要求后方可进入施工。应加强探放水位置巷道的支护，敲帮问顶，清除浮矸浮煤，以防钻探施工中发生掉顶及片帮事故。

（3）开工前对施工人员进行技术措施交底，贯彻到每一个参与施工的人员并签字。

（4）井下用电要按井下规定执行，要做到防火、防爆、防触电，每班要对机电设备进行检查，确保电器设备完好。

（5）严格执行停送电制度，停电以后必须验电，然后把开关的把手封锁在停电位置上，悬挂“有人工作，不准送电”指示牌，并有专人把守。工作结束后必须全面检查，确认无误后方可送电撤人。严禁带电检修和搬迁电器设备。

（6）设备运转前，要对设备进行试运转，试运转正常后方可开钻施工。正常作业时，施工人员要协调配合作业，设备运转、停止时要先通知、再操作。严禁不通知对方起动。同时加强对设备的使用与维护保养，严格按照设备的操作方法进行操作。

（7）钻机施工人员必须要持证上岗，穿戴整齐，衣袖、衣襟、裤脚捆扎紧，严禁戴手套操作钻机。作业人员精力要集中，严禁在作业地点嬉戏打闹，严禁用手、脚或其它物件直接制动机器转动部位。禁止将工具或其它物件放在水泵、钻机电机护罩上。

（8）施工中要时刻注意探放水位置周围情况，发现不安全状况及时处理，并将处理情况向矿调度室汇报。

（9）施工接近含水层时，要严格检查孔口阀门是否完好，检查合格后方可继续钻进。钻进中发现水压或涌水量过大时要立即停钻，不得拔出钻杆，且钻杆后不得站人，以防意外事故发生。

（10）钻进时要时刻注意掌握所钻岩层岩性及岩层的稳定情况，发现异常情况要及时处理，同时，严禁强拉硬拧。

（11）现场应配备瓦检人员，当钻孔内气体异常时，瓦检人员应令工作人员停止钻探作业，并立即向调度室汇报，查明原因。必要时组织人员撤离至安全地带。

（12）施工现场保证通风良好，如出现无风、微风情况时钻探人员要及时撤离现场；同时配备瓦斯便携仪，如出现瓦斯超限，立即停止钻探，汇报调度室，并查明原因。

（13）打钻时密切关注钻杆温度，如出现发热，立即停钻并供水降温。

（14）加强现场防灭火管理，在钻孔施工作业地点不得存放大量油脂用品，打钻地点上风侧距钻机5m范围内要配备2个8kg灭火器、0.2m3沙箱、100kg黄土、25m水管、2个消防桶、2把消防锹等灭火器材，钻孔返渣时要及时清理。

（15）钻探施工作业时，钻场内禁止与施工无关的其它作业，并设置警戒标志作业点和在钻机回风侧5m处悬挂甲烷、CO检测报警仪。同时在作业地点回风流（下风流10~15m）处安装CH4、CO传感器。

（16）排水管、备用排水管要跟进到探放水位置，水泵必须和排水管连接好，并接好电源；临时排水点必须配备排水泵、备用排水泵，且必须完好，其排水能力不小于150m3/h。

（17）钻孔放水前，应当估计积水量，并根据排水能力，控制放水流量，放水时，应当设有专人监测钻孔出水情况，测定水量和水压，做好记录。如果水量突然变化，应当及时处理，并立即报告矿调度室。

（18）为了确保钻孔的通畅以及加大放水效果，要求钻机队平均3天对钻孔进行疏通，确保水流通畅。

4探放水工程施工

4.1安装钻机

本次探放水，39201辅运顺槽施工选用重庆产ZYW-2000型钻机，配Ф63.5mm外平钻杆及Ф75mm钻头；39201主运顺槽施工选用重庆产ZDY-1200S型钻机，配Ф50.00mm外平钻杆及Ф67mm钻头。严格按设计的钻孔方位、倾角固定立轴，保证钻孔方位、倾角正确。钻机角度、位置调整好后，利用点柱将钻机固定牢固（连接防倒绳），施工中每个小班接班后应检查点柱是否牢靠，校验钻孔方位、倾角是否变化，发现变化应及时予以调整。

4.2开孔

首先施工39201辅运顺槽1700m硐室内1-F1孔，开孔前重新核定开孔方位、倾角，确保与设计一致后，用Ф63.5mm外平钻杆接108mm钻头开孔。钻进至孔深10m停钻，拔出钻具，并把孔内的煤粉冲洗干净，准备下Φ89mm套管；39201主运顺槽施工的钻孔均不下套管，用Ф50mm外平钻杆接67mm钻头开孔。钻进至采空区直至放出积水后停钻。

4.3固定套管

（1）每孔准备Φ89mm套管1根，长5m，锚固剂若干。

（2）在套管上均匀涂抹锚固剂，用大锤把套管顺钻孔方向全部砸入媒体，用装机拖拽，确定套管是否固定牢靠，如不牢靠需重新固定，直至牢固为止。

4.4探水

套管固定牢靠后，开始探放水。首先将闸阀安装在套管法兰盘上，用Ф50mm外平钻杆接67mm钻头下入孔内开始钻进，钻进至采空区内，探出水后，观测水压水量变化情况，若水压水量较大，立即停止向前钻进，待水压水量稳定后，拔出钻杆，开始疏放上覆采空区积水，并定期观测钻孔出水量。

4.5排水

在探放水孔出水后，利用39201主、辅运顺槽排水沟，流入最低点泄水巷内，利用泄水巷内六台BQS100-60-37/N潜水泵进行排水，由于39201工作面两边高中间低，最大落差140m，在39201辅运顺槽1150米排水设备硐室处安装三台MD155-30*6多级离心泵（两用一备），作为39201辅运顺槽多级离心泵喂水泵（四用两备）。在39201主运顺槽1000米排水设备硐室处安装三台MD155-30*8多级离心泵（两用一备），在1100米排水点安装六台BQS100-60-37/N潜水泵，作为39201主运顺槽多级离心泵喂水泵（四用两备）。

排水线路：

1、39201辅运巷→9煤回风大巷主排水管DN350→中央水仓→井下管子道→主斜井→地面污水处理厂。

2、39201主运巷→9煤回风大巷主排水管DN350→中央水仓→井下管子道→主斜井→地面污水处理厂。

5结论

通过采取以上的探放水设计及措施，中煤平朔井工三矿在二采区9#煤层39201工作面探放水过程中，顺利地探放出上覆采空区积水，将采空区积水水位控制在安全水头范围内，确定了动态补给涌水量，39201工作面回采至现在，未发生一起水害责任事故，有力的保证了39201工作面及9#煤层的安全生产。