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探放水工程对回采工作面的安全保障

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：鞠志勇

[导读] 摘要：水害是我国煤矿五大自然灾害之一，严重制约着煤炭工业的健康发展。

        神东煤炭集团乌兰木伦煤矿内蒙古鄂尔多斯 017200
        摘要：水害是我国煤矿五大自然灾害之一，严重制约着煤炭工业的健康发展。近年来，因各种原因造成的重、特大水害事故时有发生，不仅造成巨大的人员伤亡也使得经济遭受严重的损失。比如发生在山西的王家岭煤矿透水事故，该事故共导致38人遇难，直接经济损失超过5000万元。
        关键词：采空区；薄基岩；水害；探放水
        1 矿井概况
        乌兰木伦煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市以南40km，伊金霍洛旗乌兰木伦镇境内，地处伊金霍洛旗的东南。
        该矿距包头市160km，距鄂尔多斯市东胜区67km，距伊旗阿勒腾席热镇38km，距神东矿区中心区陕西省神木县大柳塔镇32km。矿区与主要城镇之间均有公路相通，交通十分便利。
        乌兰木伦煤矿位于巴图塔井田内，属东胜煤田的新庙勘探区，地层区划属于华北地层区，鄂尔多斯-陕甘宁分区，准格尔旗-临县小区。该矿处于巴图塔井田内，位于神东矿区北部。地表大部被第四系覆盖，仅在西邻的乌兰木伦河东岸有少量基岩出露。该区沉积地层由老到新：三叠系上统延长组（T3y），侏罗系中、下统延安组（J1-2y），侏罗系中统直罗组（J2zh），侏罗系中统安定组（J2a），第四系上更新统萨拉乌苏组（Q3s），第四系全新统（Q4）。区内可采煤层10层，其中主要可采煤层4层，分别为12煤、22煤、31煤和51煤，其余为次要可采煤层。主要可采煤层基本全区可采，分布面积广，可采面积较大，赋存较稳定，连续性较好，厚度变化有一定规律，经济价值较高，结构简单，不含矸或局部含1～3层夹矸。
        2 回采现状
        本年度该矿计划回采31411、12421工作面，均为综采面。
        31411工作面初采段位于廉家海子古冲沟下方，根据钻孔资料，该区域上覆基岩厚度最小为85m，对应松散含水层厚度45m（风积砂65m）；工作面中部回采范围上覆为12420、12419、12418、12417、12416采空区。依据《三下采煤》规程，31411工作面设计采高4.0m，计算出导水裂隙带高度为46.3～51.0m之间；根据我矿实测的裂采比计算，工作面回采后导水裂隙带高度为70.08～101.84m，可以导通上覆松散含水层。该工作面与上覆12煤采空区层间距为 51～56m，回采后导水裂隙带可以导通上覆采空区积水。
        12421工作面切眼及初采段位于廉家海子古冲沟下方，根据勘探成果资料，该区域上覆基岩厚度最小为50m，对应松散含水层厚度20m。依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，12421工作面设计采高2.3m，计算出导水裂隙带高度为26.0～40.3m之间；根据我矿实测的裂采比计算，工作面回采后导水裂隙带高度为40.3～58.6m，可以导通上覆松散含水层。该工作面顺槽揭露的断层、冲刷等地质构造较为发育，但断层落差较小，均为不导水断层。
        该回采区域断层、冲刷等地质构造较为发育，加之在回采过程中受到薄基岩厚松散含水层及上覆采空区积水的影响，使该区域在回采过程中安全受到威胁。
        3 治理对策
        3.1通过钻探、物探等手段查明水害特征[1]
        通过钻探及地面水文长观孔查清含水层厚度、分布范围及富水性，并通过多种试验及经验类比的方法充分掌握本区煤层开采后所产生的冒落带及导水裂隙带发育范围和高度[2]。通过水位、水量监测系统对采空区的积水范围和积水量进行监测。31411工作面上覆采空区积水预计0.33万m³，12421工作面上覆松散含水层水头最大高度30m。随着科技的不断进步，现代地质学领域中也不断的引入一些新的技术和方法，这些技术、方法作为当前我国矿井水害防治传统手段的有效补充，对水害防治起着越来越重要的作用，并广泛应用在矿井生产指导中。
        3.2做好采掘工作面的探放水
        针对12421工作面初采段薄基岩厚含水层、31411工作面初采段薄基岩及中部上覆采空区的水害影响，该矿根据已查明的水害特征，做好采前探放水工程的设计和施工。
        12421工作面在12421运顺施工6个钻孔，12421-1切眼施工3个钻孔，12421-1回风顺槽施工2个钻孔，12421-2切眼施工1个钻孔，共计12个钻孔，钻孔初始涌水量均不大于2.0m³/h，其中T1钻孔初始涌水量1.14m³/h，涌水0.3小时后衰减为0。T7钻孔初始涌水量2.0m³/h，涌水0.5小时后衰减为1.7m³/h，水量稳定。T8钻孔初始涌水量0.2m³/h，水量稳定，未见衰减。T10钻孔初始涌水量5.5m³/h，涌水0.6小时后衰减为0.6m³/h，水量稳定。T11钻孔初始涌水量0.5m³/h，涌水1小时后衰减为0.4m³/h，水量稳定。T12钻孔初始涌水量2.0m³/h，涌水0.5小时后衰减为0.5m³/h，水量稳定。其余6个钻孔初始涌水量均为0。截止到2020年3月30日，T1、T7、T8、T10、T11、T12累计泄水量为456.96m³。通过探放水钻孔对以往上覆基岩及含水层的厚度进行了有效的验证。具体施工成果见图1。

图1 12421工作面探放水施工及成果图
31411工作面在31411-1运顺施工1个钻孔，31411-1切眼施工8个钻孔，31411进风顺槽施工10个钻孔，31411辅回撤通道施工2个钻孔，共计21个钻孔。其中有12个与12煤上覆空区贯通但钻孔涌水量较小，绝大部分为淋水。施工至12420采空区的T11钻孔初始涌水量5m³/h，疏放8小时后逐渐减小至淋水，累计放水量40m³。施工至12417采空区的T18及T21两个钻孔涌水量分别为0.8m³/h、0.6m³/h，合计1.4m³/h。根据观测，两钻孔在竣工5天后涌水量仍稳定，与初始涌水量无变化，分析上覆位置无静态积水，两钻孔涌水量应为采空区动态补水。截止2020年2月29日，累计放水量220m³。具体施工成果见图2。

        图2 31411工作面探放水施工及成果图
        3.3保证足够能力的排水系统
        3.3.1工作面排水管路
        综采工作面刮板输送机加高槽上布置Φ102mm排水胶管（排水能力100m3/h）两趟，由工作面中部向两顺槽引出，可以同时向机头、机尾排水，其中机头段两趟，机尾段两趟，形成四趟排水管路，机头管路统一延长至转载机上方，机尾管路统一延长至机尾挡煤板处悬挂。工作面管路排水能力为400m3/h。
        3.3.2顺槽排水管路
        运输顺槽安设1趟DN100排水管路（排水能力100m3/h）；回风顺槽安设1趟DN100排水管（排水能力100m3/h）和1趟DN200PE排水管（排水能力200m3/h）；相邻工作面回风顺槽安设1趟DN100排水管路（排水能力100m3/h）和1趟DN200PE排水管（排水能力200m3/h）。顺槽管路排水能力为700m3/h。
        通过探放水工程，31411工作面上覆采空区水量明显减小；12421工作面上覆松散含水层厚度根据附近长观水文孔的观测水位明显下降。疏放水结束后对工作面进行了安全评估，并对工作面的排水系统按不小于1.2倍最大涌水量设防[3]，均达到安全回采的要求。
        4 结束语：
        在有水害威胁的矿井，坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则是防止井下水害事故发生的有效措施。探放水是井下防治水重要的手段，井下每个采掘工作面周围的水文地质情况必须清楚而确切，不能似是而非。接近水淹或可能积水的井巷、老空区、上覆含水层等情况及采掘工作面有出水征兆时，都必须先钻探水，以查明情况，掩护采掘作业活动，直至最终放出威胁体或排除疑点[4]。为矿井的安全生产提供可靠保障。
        参考文献：
        [1]物探技术在矿井水害防治方面的应用
        [2]王文勇.矿井水害防治研究.中国化工贸易，2017（9）：248.
        [3]康健，王振荣，庞乃勇.神东矿区水害类型分析及其防治措施.煤炭科学技术，2015增刊：156-157.
        [4]武强.煤矿防治水细则解读，2018：62-63.