煤矿深井软煤层复杂条件下老空水疏放实践

    秦道霞 丁强

    摘 要：该文从陈蛮庄煤矿深井大倾角软煤层复杂地质条件疏放典型的“高调”老空水入手，详细分析了放水特点及面临的问题，并从老空水调查、钻探设计优化及放水过程监测管控上制定了有效的解决办法，防范了老空水疏放过程中事故的发生，解决了深井“三软煤层”大倾角疏放老空水问题。

    关键词：大倾角;软煤层;老空水;治理

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.06.074

    老空积水具有分散、孤立和隐蔽的特点，在空间上具动态性，静水为主、动水补给，面积、水位、水量随时间变化。这些特点让老空水空间分布形态难以判断，积水边缘、形状无规律可循。尤其大倾角上山探水具有放水管控难度大，易酿成事故风险，放水过程一旦失控大量积水突然涌出，极易造成人员伤亡，对生命财产造成难以估量的损失。陈蛮庄煤主采煤层3煤，煤层厚度0.9～6.5m，平均3.3m，煤层倾角26～44°，为全国典型的大倾角“三软煤”开采矿井，在疏放老空水过程中受大倾角，高应力、“三软煤层”等特殊地质条件影响，放水过程管控难度大，易酿成事故;而3402切眼探放老空水正好解决了同类老空水探放治理问题。

    1 工作面概况

    1.1 采空区积水分析

    3402工作面，煤厚平均3.1m，煤层倾角在25°～39°之间，平均32°。采空区积水来源主要为顶板砂岩水和部分生产用水，取水化验，水样Ca2+ ，SO42-含量高，钻孔水量最终稳定在3.0m?/h，表明3402采空区积水也可能受底板灰岩水补给。

    通过对施工钻孔水位监测，分析测得老空水积水标高为-971.8.m～ -995.2m，预计平面积17179.0m?，积水面积：32660.9m?，充水系数取0.3，预计积水量：54307.5m?。由于3402胶带顺槽里段导线点C26存在高点（标高-983.4m），使得积水在此标高以下形成分水岭，里部部分积水无法放出，实际放出37596m?。

    1.2 3404切眼放水特点

    3404切眼探放老空水为一典型大倾角软煤层（巷道倾角28°）上山探放水案例，上山探水具有放水管控难度大、事故风险大、探放施工“三大一软”的特点;“三大”指：一是积水面积大，积水长度1200m，面积32660.9m?;二是积水量大，总积水量为54307.5m?，由于空间起伏结构，可放出水量38000m?，并且具有动水水源补给;三是受采深大影响，围岩应力大，施工地点易发生煤炮，钻孔受应力影响塌孔严重或放水失控。“一软”指：煤层及顶底板岩石软，煤层力学实验普氏硬度系数p=0.18，顶底板均为泥岩粉砂岩，且透点位置位于两断层形成地堑内（图1），放水钻孔施工难度大，易塌孔，严重影响放水效率。

    2 放水前安全管控

    放水前对老空区积水量估算结合时间、空间联通关系和补给水源等因素，全面完整，确保估算接近实际，能够指导生产，制定相关措施，一是大量积水探放水要形成两套直径108mm管路的排水系统，准备2部以上钻机。[1]二是设计要合理，钻场准备要充分，施工管控力度要合适。从这些方面提高钻孔准确度，提高成孔率，从而达到探放积水，消除水害的目的。

    3 探放水技术优化

    煤层同层探放水钻孔经常出现堵孔、塌孔、出水不畅等现象，探放水钻孔达不到钻孔设计要求。因此，要让钻孔布孔到位，钻孔施工工艺科学合理。

    3.1 钻孔布设优化

    以往探放水只考虑在水平空间上布置钻孔，然而受老空区冒落后岩石分布不规则，并非所有钻孔穿透老空后都可以放出积水，结果施工钻孔多，有效钻孔少，不但造成放水效率低下，反而因为煤层中施工钻孔过多，造成煤壁松散，在空间上不能形成坚固、完整的泄水钻孔，煤壁松散严重时还會导致溃水事故。为此，需对探放水钻孔布置进行优化。[2]

    优化钻孔布设主要体现在：一是做到先平面施工找富水强的区域，再围绕富水区域上下布设钻孔，疏放受该区段积水。并非所有钻孔透老空后可以放出积水，因此当一个钻孔透老空区，出水水量较大时，表明此钻孔透点区域空间较大、水流畅通，后期施工钻孔要围绕此钻孔上下扇形布设，力求达到预期放水目的。

    3.2 钻孔结构及钻进工艺优化

    钻孔结构方面：要充分考虑到放水过程中保护孔壁问题，有条件的情况下要全程下套管，可以采用加工φ94mm合金钻头，利用加工后的钻头嵌在套管上，下套管时，与后部接管一起，直接施工至老空区，克服了钻孔塌孔、下套管难的困难，再通过后期疏通钻孔，达到了预期效果。

    钻孔施工方面：有效控制钻进速度，钻孔钻进过程中使用静压水等有效手段，提高钻孔精度及成功率。

    4 监测管控

    施工放水期间，2个钻孔终孔水量少，水压上升，由于使用的机械表灵敏度差，让真实水位观测不够准确，未达到依水位预计剩余积水量的目的。另一方面，在放水效果不好的情况下，专业人员在如何摸清补给水源、补给量的多少这2个问题上，未及时对该区老空水水质进行收取化验，没有及时查清补给来源。由此地测专业对探放水工作监测管控方面也做了工作。

    4.1 放水过程时刻监测

    水位监测：钻孔放水前仅仅是对水位进行了估算，放水过程中水位与水压的变化情况时刻检测，可以在放水过程中时刻掌握老空水剩余积水量，同时也可以分析老空水是否存在动态补给，便于制定下一步方案，3404切眼放水期间采用了山东科瑞特公司生产的小量程水压动态监测仪，同时在排水管路中安设了流量表时刻监测放出水量，通过这些手段，收集了数据，处理得出水量-水压折线图（图2），在放水过程管控中起到了关键作用。[3]

    水质监测：针对老空水水质特征及来源问题，分别取了3404钻孔水、西翼轨道三灰水、煤层顶板砂岩水及煤层底板砂岩水水样进行了化验对比（图3），通过对比分析，认为3402工作面老空水具有高硫酸根，高钙离子弱酸性特征，对比其他分析受底板三灰水动态补给可能性较大。

    4.2 放水后期监测

    在前期老空水疏放完成，安全掘进过后，依然要对3404切眼上部有水钻孔进行监控分析，为3404工作面的安面、回采提供安全保障，这项工作也是必不可少的。

    5小结

    3404切眼上山掘进期间，由于受上部3402工作面老空积水威胁，按规定进行了探放。前期因现场水文地质条件复杂，人员缺少放水经验，加上初期现场准备不足等原因致使老空水探放出现一定困难，但后期通过对加大施工地点安全管控力度，对钻孔套管结构进行改造，施工工艺进行优化，对放水过程水位、水量及水质在线监测分析等措施，取得了良好的放水效果，实现了老空水疏放，安全掘进，安全生产的目标。

    参考文献：

    [1]胡润华.“三软”煤层采空区积水探放技术研究[J].时代报告：学术版，2015（11）：230.

    [2]裴宏.浅析老空区探放水技术[J].山东煤炭科技，2014（12）：173-174.

    [3]邓庆鹏，张迎军，耿佳柱.安全高效探放水技术在矿井老空水治理中的应用[J].科技信息，2014（06）：45-50.