老空区积水探放实践

老空区积水探放实践
【摘要】通过对范各庄矿3551s老空区充水条件进行分析研究，制定探放水方案，对老空区积水成功进行疏放，缓解了3553s掘进进尺压力，最终解除水害隐患。

保证了3553s工作面的回采安全，积累了老空水害治理经验，提高了矿井水害防治能力。

【关键词】水害事故；探放水；老空水
随着矿井服务年限的增长，采区回采过后形成的采空区会逐渐增多，如果在封闭空间出现涌水则会成为积水区，对相邻及下伏采掘工程构成水害威胁。

老空水水害事故的发生往往具有突发性和极大的危害性，不仅影响生产，造成巨大的经济损失，而且易发生重大伤亡事故。

如2010年3月28日，位于山西的华晋焦煤公司王家岭煤矿发生重大透水事故，造成38人遇难，事故直接原因是该矿20101回风巷掘进工作面附近小煤窑老空区积水情况未探明，掘进作业导致老空区积水透出，造成+583.168m标高以下巷道被淹和人员伤亡。

当矿井在掘进、回采过程中生产井巷接近或冒落带到达采空区时，老空水便可能涌入井巷，成为突水水源。

《煤矿防治水规定》指出，防治水工作应当坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的原则和防、堵、疏、排、截的综合治理措施。

为防止煤矿老空水透水事故的发生，需要采取科学、合理的措施对掘进和回采工作面附近的老空水进行探放处理，以解除其对掘进和回采的水患威胁。

本文以范各庄矿3553s 运道、切眼探放3551s老空水工程为例，谈谈煤矿老空水的探放方法及施工过程中应当注意的问题。

1.概况
1.1 矿井概况
范各庄矿位于开平向斜东南翼南段，根据构造样式和特征，可划分为三个构造区，即矿区北部的塔坨向斜区，中部单斜构造区和南部的毕各庄向斜区，为典型的华北开采石炭二叠系煤层的矿井。

矿井采用立井、水平集中运输大巷、集中上山、阶段石门开拓方式，采用走向长壁采煤法分四个开采水平进行煤层开采，综采机械化采煤达到100%。

1.2 水文地质概况
由于范各庄矿采、掘工作面均按方向线布设，受地质构造影响，工作面、巷道起伏不平，一旦工作面采掘过程中出现涌水，采后便在老塘、老巷低洼处形成积水，其积水量受其涌水量大小和老空、老巷起伏程度的制约，积水量从几十立方米乃至数万立方米，对相邻及下伏采掘工程构成水害威胁。

因此，随采掘工程施工确定老塘、老巷的积水范围和积水量及其与相邻采掘工程的关系，有计划地按规程要求疏放积水，是范矿防治水工作的一项重要内容。

3551s采空区位于二三水平之间南五区域，属于南五区域五煤层第一个采面，上覆5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层，中部穿毕各庄向斜轴，东部邻F0断层。

3551s采空区同层斜下方为3553s工作面，为南五区域5煤层第二个采面，区域水文地质条件较为复杂。

5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层为矿井直接充水主要含水层，该层在5煤层顶板以上，平均厚度约74.4m，岩性主要为中、细砂岩及粉砂岩。

该层裂隙发育，含水较丰富，采掘过程中大都表现为淋滴水，局部表现为涌水现象。

该层上距冲积层约100m，且有粘土缺失，因此其上部裂隙和西部隐伏露头可能接受冲积层的补给。

整个含水层具有典型的裂隙水特点，节理裂隙较为发育，充水及导水性较好，含水较为丰富。

毕各庄向斜区地层褶皱变形强烈，构造裂隙发育，南及东南部多为大中型断裂构造，12～14煤层间砂岩含水层及K3灰岩含水层水位偏高，12～14煤层间砂岩含水层水温整体偏高。

区域水文地质条件极为复杂，是井田内另一重要水害区域。

2.水情分析及积水量预测
3553s工作面同层斜上方为3551s采空区，3551s工作面于2009年6月回采结束，回采结束时有老空跟水0.2m3/min。

因该工作面上坡回采，造成采空区老空积水，经预测3551s采空区有积水空间88000m3，最大积水深度31米，并且有动水0.2m3/min，对3553s风道、切眼掘进及未来回采具有巨大水患威胁。

采空区积水量估算采用经验公式
W=M·H·α≈88000m3
式中：W-采空区积水量/m3，M-按巷道最高积水位计算出的积水区面积/m2，H-采高/m，α-采空区充水系数，采用经验值0.3。

积水范围见图1。

3.探放水方案的确定
在风道进行探放水要求边探边掘，速度慢且繁琐，而且很容易出现打钻成功但不出水和出水缓慢的情况，如果直接在切眼进行探放水，又因为水压太大容易出现危险状况。

为不影响掘进进度，保证安全生产和工程的正常衔接，首先计划从运道进行远距离超前探放水，缓解风道进尺压力。

由掘三区在3553s运道540米处施工一处钻窝，由地质科负责施工放水孔对3551s老空水进行部分疏放。

鉴于3551s老空水水量较大，单独在运道放水难以保证放水能力，在切眼到位后，再施工放水孔进行彻底放水，解除3551s老空水隐患。

为保证将放出的老空水及时排出，由掘三区接两趟四寸管到泵窝处，在泵窝
处安装水泵，要求有备用水泵，双电源供电，以应对紧急情况的发生。

4.钻孔设计及布置情况
由钻探队、测量组、水文组人员协作，按方位角和倾角共同完成钻孔定位和开孔工作，由钻探队进行钻探。

表1 钻孔参数
图1 3551s采空区积水范围及钻孔布置示意图
钻孔布置见图1。

运1～运3钻孔采用φ108mm孔口承压套管，长度10米，用42.5#水泥注牢，等干48小时，试压2.0 Mpa，30分钟套管不动不漏视为合格，否则重注。

最后用φ73mm钻孔透老塘。

切1、切2钻孔采用φ127mm孔口承压套管，长度10米，用42.5#水泥注牢，等干24小时，试压1.0 Mpa，30分钟套管不动不漏视为合格，否则重注。

根据钻进情况，必要时下φ108mm护孔套管护孔，最后用φ73mm钻孔透老塘。

5.探放水安全技术措施和注意事项
（1）加强钻孔附近的巷道支护，背好顶帮，在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板，并清理巷道浮煤，挖好排水沟。

（2）在打钻地点或其附近安设专用电话。

探水地点要与相邻地区的工作地点保持联系，一旦出水要马上通知受水害威胁地区的工作人员撤到安全地点。

（3）打钻探水时，要时刻观察钻孔情况，发现煤层疏松、钻杆推进突然感到轻松，或顺着钻杆有水流出（超过供水量），要立即停止钻进。

不能随意移动或拔出钻杆。

如果水量水压较大，必须马上固定钻杆，背紧工作面，加固煤壁及顶底板。

（4）钻眼内水压过大时，应采用反压和防喷装置的方法钻进。

必要时还应在岩石坚固地点砌筑防水墙，然后方可打开钻眼放水。

必须在孔口装置安全套管阀门，用以控制放水量。

（5）放水时应有专人观察并及时测定涌水量，加强探放水地点通风，经常检查瓦斯浓度的变化。

（6）放水过程中，如钻孔流量变小或不流水，需待查明原因后方能用钻杆打透或扩孔。

6.方案实施过程
从2010年2月2日开始，由地质科在3553s运道540米钻窝处施工穿采面放水孔，钻孔深度190米。

经过近2个月的钻进，3月22日两点班，钻至185.8米时成功钻透采空区，继续钻进4米并捅孔后，钻孔出水量0.72m3/min，并保持稳定，有效保证了放水量。

2010年3月25日开始在切眼150米迎头施工放水孔，先后施工40米钻孔两个，放水量均在0.5 m3/min以上，至5月10日，累计放出积水80000m3。

7.结束语
随着煤矿开采深度的不断增加，煤田水文地质条件趋向复杂，不同矿井甚至同一矿井不同地段的地质条件和水文地质条件都存在较大差异，防治水的方法也应随之进行改变和完善。

到了矿井深部，特别是服务年限长达数十年的老矿井，回采过后形成的采空区如果出现涌水，则会形成积水区，对相邻及下伏采掘工程构成水害威胁。

老空区积水情况在生产实践中不易掌握，所以吸收相关知识，结合矿区实际生产情况，制定一个全面完整的探放老空区积水的方案，对探放水工作具有重要的指导意义和实用价值。

坚持正常的探放水，必须保证探放水施工期间的安全。

这就要求在探放水施工以前，提前对探测范围内的积水情况（包括水量、水压及有害气体情况）进行分析、预测，并制定有针对性的应急处置措施，对施工地点及采区的排水系统、排水能力进行验证，保证排水系统完善、能力满足需要，并备足封孔、堵水所需的器具和材料，确保一旦探透积水区，能够及时堵水截流和疏排水，确保矿井防治水的安全。

3551s老空区积水的探放，保证了安全生产和工程的正常衔接，成功解除了积水对掘进和回采的水患威胁。

这种方案在技术上可行，经济上合理，是解决老空区积水下采煤的有效途径，为矿井防治水提供了宝贵经验。

参考文献：
[1] 开滦股份范各庄矿矿业分公司.矿井地质报告.1999-2008.
[2] 开滦股份范各庄矿业分公司.矿井水文地质类型划分报告.2010.
[3] 开滦股份范各庄矿业分公司地测科相关资料.。