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摘 要：老空区积水具有水量大、涌水迅速的特点，这是矿井透水事故发生主因。文章结合矿井实际探放水施工，从老空区积水探测、关键参数设定方面分析了探放水施工要点技术，并重点介绍了探放水钻孔施工，望对类似积水探放施工有所借鉴。
关键词：老空积水；探测；技术参数；钻孔施工
中图分类号：TD745.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）33-0025-01
矿井透水事故发生的主要源头为老空积水，重视老空积水探放是降低水害的有效措施。南方矿区所处地质条件较为复杂，构造侵蚀剥、地形陡峭、良好的地表排泄条件以及降水量多等条件为老空区积水提供了良好的条件。老空区突水具有时间短、水量大的特点，会对矿井生产造成严重破坏。据数据不完全统计，矿井透水事故在煤矿事故中占有比例近7%，相较其他类型而言其事故比例较低，但其危害性是最大的。
1 工程概况
某煤矿主采煤层为中厚煤层，倾角4～6度，倾向北偏西，整个煤层产状为一向斜构造，向斜轴基本上在工作面走向中部。地质勘探中揭露该煤层顶板存在一富水系数很大的承压裂隙含水层，煤层开采后的采空区形成大面积积水，水量非常大。井田内部分布有较多老空区与小窑，其中积聚大量老空水，对相邻工作面的开采造成威胁。留设防水煤柱会造成大量煤炭资源损失，影响矿井效益，综合比较之后确定在相邻工作面轨道顺槽掘进过程中集中探放老空区积水。
2 老空区积水探测
老空区积水探放施工前应对老空区积水情况进行全面的了解与掌握，首先要分析与论证已掌握的历史数据资料，并结合井下物探、钻探和巷探等多种手段，以求数据收集的精确度。
2.1 井下探测方案
井下探测采空区积水采用"钻探为主，物探为辅"的手段，一般先探测回风顺槽，后探测运输顺槽，先浅后深的方法。探测施工首先在工作面切眼的上部回风顺槽两侧100 m范围内进行，采用分组钻孔探水施工，如所钻孔都没有探测到采空区积水，可根据情况适当地增加几个钻孔进行补探作业，最后整理分析钻孔数据，得出本组钻孔控制范围附近有无积水。依次下移，分别在切眼中部和下部进行钻孔勘探，每组钻孔的布设数量不得少于3个，钻孔呈扇形分布，终孔间距控制在15 m以内，根据实际情况增加验证孔。如在切眼下口位置探测到积水区域，应在其下方增加钻孔数量，并重新规划钻孔布置方案，探测出老空区积水的实际边界位置，以期将老空区积水排放干净。
2.2 老空区积水估算
根据以往地质资料和开采过程中揭露的老空区积水情况，对探测区域的老空区积水进行估算。该煤层老空区积水静水位标高约在+511 m的水平，预计老空区底部标高为+485 m，则计算得到静水头高度36 m。老空区积水孔隙率按以往探放采空区积水经验取值为8%，老空区积水面积约为197 935 m2，积水区域形状按照楔体计算，则老空区静水量为：
3 老空积水探放关键技术
消除老空区积水危害最直接有效的措施就是排放积水。根据井田地质条件以及老空区积水探测情况，该煤层工作面沿走向布置，并且由于采区有向斜结构的存在，轨道顺槽位于采空区积水区域最低点。依据积水位置和煤层赋存条件，在老空区相邻工作面的皮带顺槽最低点距底板1 m高位置布置三个探放水孔，布置三个放水钻孔，集中疏放老空区积水。探放水方案确定之后，应对具体施工参数进行设计，主要包括以下几种。
3.1 探水线
探水线为整个探放水施工边界线，按照相关规定要求老空区积水外缘60 m区域为本次施工探水线。采掘工作面进入积水边界20 m范围内时，应立即停止施工作业，进行打钻放水，如图1所示。而一些矿井在确定积水区位置及水压参数时，凭借以往工作经验，以煤层30 m和岩层20 m这一标准来确定探水线到积水区最小距离，此方法不存在科学依据，会造成巨大的安全隐患。
3.2 超前距
探放水施工一般需要多次打钻才能打通积水区，探水与掘进施工往往交替进行。为安全起见，探水作业应先于掘进，确保打钻终孔位置在采掘工作面一定距离，即超前距。超前距可通过下式计算得到：
其中：a为超前距，m；L为巷道跨度，m；P为水头压力，MPa；Kp为隔水层抗张强度，MPa；A为安全系数，取值范围2～5；
根据国内相关探放水施工经验，井下积水探放水超前距离不应小于20 m，可根据煤层厚度可进行适当的调整。该矿探放水超前距离为40～53 m。
3.3 最小钻探长度
探放水工作主要依靠探放水机具进行施工，其对放水钻孔成型质量甚至最终放水效果都有重要影响。探放水机具的选择需要考虑最小钻探长度的影响，尽可能依据矿井现有设备条件。最小钻探长度为循环采掘长度与超前距之和，后期采掘长度可由倒算法得出，禁止超采情况出现。钻探施工应由专门探放水机具进行，严禁其他非专业器具进行代替。工程选用钻机为煤矿用坑道钻机，最小钻探长度为50 m。
3.4 钻孔打设
探放水施工方案的确定要综合考虑钻孔参数、钻孔附近构造发育情况、煤质硬度以及水头高度等因素的影响，一般探放水施工前准备工作有两个方面：首先根据探放水方案以及煤矿现有设备条件，选取探放水所需的设备及材料，如钻机、钻头、扩孔器、排水设备等；其次，根据放水钻孔实际参数进行钻孔与放水。钻孔施工控制与成孔质量是影响探放水效果的关键素，施工中应在以下几个方面多加注意：
①为便于将老空区中积水全部放出，钻孔开孔位置应尽可能降低，考虑施工难易程度，开孔位置距底板1 m，直径150 mm。
②钻孔轨迹应做到严格控制，施工中应做到“三点一线”，将钻头、稳定器与孔位始终保持在一直线上。钻孔打设初期应做到“柔性施工”，钻头钻进2.5 m距离后安装套管、控制阀门与法兰盘，管线周围用相应的材料进行密封。为验证孔管密封质量，可在挡孔施工一定时间后进行压水实验，验证标准为半小时内孔管不漏水、不活动。
③钻头依次穿过钢管与阀门进行钻进作业，钻孔仰角控制通过调整钻机角度实现（钻机上安设罗盘），直至钻孔贯通。退出钻杆并移除钻机，迅速安装排水管将积水排放至水仓。钻孔贯通初期，水压较大，需提前开启水泵将涌水及时排出。
4 结 语
①老空积水的防治重点在于探测与治理，探测中需要综合采用物探、钻探与巷探等方式确定老空区积水特征；治理中留设煤柱虽能够减少工作量，但其会造成煤炭资源损失，将老空积水放出才能从根本上解决水患。老空积水探放需要从技术方面做好设计工作，包括确定超前距、最小钻探距离等参数，设计合理钻孔与排水施工工艺，以确保积水充分放出与探放水施工安全。
②由工程实践得出，3钻孔成孔质量良好，老空区积水排放较为彻底，钻孔与放水过程并未出现异常现象。探水与掘进施工设计合理，巷道掘进速度并未受到探水施工较大影响。
参考文献：
[1] 张麦林，李德全，王素娜，等.耿村煤矿老空积水探放技术[J].中州煤炭，2010，（10）.
[2] 裴宏.浅析老空区探放水技术[J].山东煤炭科技，2014，（12）.
[3] 张世平.王家庄煤矿老空区积水综合探放技术的应用[J].煤矿现代化，2015，（3）.