论文部分内容阅读
摘 要：煤矿企业在生产过程中，经常遇到五大灾害的威胁，其中水患造成的损失更大，水害威胁包括老空积水和岩溶水等，因此，常造成在积水区或承压水威胁区一部分储量不能或暂时不能开采。正确选用充水系数，准确预测采空区积水量，如何采取针对性的技术设计与措施是一个值得探讨和注意的问题。
关键词：疏放；采空区积水
同华煤矿二采区2321-5工作面即将施工，但由于该工作面对应的2621-1N工作面在1996年已回采，2621-1N工作面上接1651、1652回采工作面，期间留有4～10m隔离煤柱，距今已有15年，在煤柱薄的地方有可能垮塌；南有2621-1S回采工作面，2621-1N与2621-1S工作面留有走向长49m煤柱，但2621-1N、S两工作面运输巷是相互连通的，采空区内积有大量积水，积水量约15164m3，而K3b煤层顶板与K6煤层底板法向距离在10.8～18.2m之间，K3b煤层最大导水裂缝带高度为39.7m，完全导通了2621-1N、1651、1652采空区，对2321-5工作面的掘进、回采都存在着一定的威胁。
一、 水文地质情况分析
2321-5工作面上接1356、1357回采工作面，属+352水平以上采空区，期间留有12～18m隔离煤柱，该采空区水以自流的方式通过+352水平石门水沟经+352水平大巷水沟自流出井外。由于2321-5工作面对应2621-1N工作面已采，K6煤层顶板及长兴灰岩底板法向距离平均27.96m，K6煤层平均采高为1.3m，理论计算K6煤层开采后最大导水裂缝带高度为32.8m，已达长兴石灰岩强含水层。长兴石灰岩岩溶、裂隙水成为采空区水的主要充水水源。由于2126-1S回采工作面与2126-1N回采工作面运输巷是互相连通的，所以两工作面采空区积水是连为一体的，成为2321-5工作面主要威胁因素。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中附表5-1 典型工作面观测站地表移动实测参数，选取邻近南桐煤田观测参数（P166），下山移动角β取63°，上山移动角γ取75°。在回采2321-5工作面时，对应2621-1工作面上接的1651、1652回采工作面，正好在K3b煤层导水边界线范围内，1651、1652回采工作面属+352水平以上采空区，该采空区水与1356、1357采空区以自流的方式通过+352水平石门水沟经+352水平大巷水沟自流出井外，现补给水量为7.43m3/h，在采动2321-5工作面时，其动态水会以导水边界线引流至2321-5工作面，成为2321-5工作面次要威胁因素。（详见插图1）
二、积水量预算
按以下公式计算：（矿井地质工作手册P443）
式中W：采空区积水量（m3）；
L：采空区走向长度（m）；
M：采高（m）；
H：采空区内的水头高度（m）；
a：煤层倾角（°）；
K：采空区的充水系数，一般取0.3～0.5，本文取最大。
（一） 2621-1N工作面
2621-1N工作面标高在328.28～357.48m，平均走向长291.3m，平均采高1.3m，平均倾角33°。
W2621-1N ==10151m3
（二） 2621-1S工作面
2621-1S工作面标高在328.07～357.29m，平均走向长132m，平均采高1.3m，平均倾角32°。
W2621-1S==4731m3
（三）2621-1N、S运输巷
2621-1N、S工作面间留设49m煤柱，但运输是相互连通的，运输巷断面5.76m2。
W运输巷=S断面×L=5.76×49=282m3
（四） 总积水量
W总=W2621-1N+W2621-1S+W运输巷=10151+4731+282=15164m3
三、 放水技术方案
（一） 在掘进2321-5工作面之前在二区+344m阶段石门与+300m阶段八石门内施工放水孔，疏放2621-1采空区积水，施工位置在K3b煤层底板法向距离15m以外。
（二） 待2321-5工作面形成后，在2321-5運输巷每隔50m施工1组检验放水孔，检验2621-1采空区是否还存在积水。
（三）水文地质人员收集相关水文地质资料，并计算累计放水量，在2321-5工作面回采前进行评估，是否达到安全生产要求。
四、工程概况
（一） 施工情况
1月30日在二区+300m阶段八石门100.8m位置由同华煤矿探放水人员进行施工放水钻孔，在施工5#放水孔时，在25.84m时见导水裂隙，最大涌水量4.11m3/h，卡钻无法继续施工。2012年2月1日经地质技术人员同意施工4#放水钻孔，初见水时在37.84m位置，水量为0.9 m3/h，施工至40.6m时穿K6采空区，钻杆继续推进2m，确保无矸石堵孔后，测涌水量为24.1 m3/h，退钻杆时涌水量达45.5 m3/h，由于涌水量大为了安全退钻杆，待2月4日涌水量减少至20m3/h以下时，继续退钻，完全退钻杆后测涌水量为81.93 m3/h。
2012年4月6日在二区+344m阶段八石门距K1巷20m位置施工3#放水钻孔，探2321-5回风巷顶部1357采空区，孔深29.8m，最大涌水量0.3m3/h。施工2#放水孔，孔深59.5m时穿1652采空区，未见水；1#放水孔孔深58.01m时穿1652采空区，未见水。
2012年6月28日至7月6日在2321-5运输施工3个检验钻孔，检验2621-1N采空区积水是否放完。检1#孔深16.83m，最大涌水量18.0m3/h；检2#孔深18.7m，最大涌水量23.64m3/h；检3#孔深20.52m，最大涌水量6.9m3/h。
（二） 放水情况
观测4#、5#放水钻孔2012年1月30日至2012年2月30日统计累计放水量为15197.78m3，共观测38次；1#、2#放水钻孔无水流出，3#放水钻孔涌水量小，只有0.3m3/h；观测检1#、检2#、检3#钻孔2012年6月28日至2012年7月13日统计累计放水量为2295.76m3，共观测14次。累计统计放2621-1采空区积水17493.54m3。
五、 结论
5.1 放水量分析
根据前述采空区积水分析章节理论计算采空区总积水量15164m3，2621-1工作面补给水量在7.43m3/h左右。截至2012年7月6日2621-工作面统计放水量17493.54m3。现放水孔与3个检验孔钻孔流水已稳定，出水总量在7.45m3/h左右。从统计放水量与理论计算积水量对比，放水量已远远超过预计积水量2329.54m3，证明采空区积水已放完，只存在补给水。
5.2 对今后回采的影响
现已对2621-1采空区积水通过探放水的方式放出，已达到《2621-1采空区积水疏放安全技术措施》的要求，彻底解决了2321-5工作面的突水隐患，同时也缓解了2321-5工作面的排水压力，为2321-5工作面安全生产有一定的保障。
5.3 采空区充水系数分析
通过本次疏放，经认真整理，对积水面积进行了重新计算，核算出近距离煤层开采多年后，采空区充水系数为53%左右。
作者简介：李明（1983—），男，内蒙古乌兰察布人，地质工程专业，助理工程师，主研水文地质、矿井地质；马锋（1983—），男，陕西华县人，重庆大学采矿工程专业，采矿助理工程师，主研采掘技术；任永波（1988—），男，重庆綦江人，重庆大学采矿工程专业，采矿助理工程师，主研采煤技术。
关键词：疏放；采空区积水
同华煤矿二采区2321-5工作面即将施工，但由于该工作面对应的2621-1N工作面在1996年已回采，2621-1N工作面上接1651、1652回采工作面，期间留有4～10m隔离煤柱，距今已有15年，在煤柱薄的地方有可能垮塌；南有2621-1S回采工作面，2621-1N与2621-1S工作面留有走向长49m煤柱，但2621-1N、S两工作面运输巷是相互连通的，采空区内积有大量积水，积水量约15164m3，而K3b煤层顶板与K6煤层底板法向距离在10.8～18.2m之间，K3b煤层最大导水裂缝带高度为39.7m，完全导通了2621-1N、1651、1652采空区，对2321-5工作面的掘进、回采都存在着一定的威胁。
一、 水文地质情况分析
2321-5工作面上接1356、1357回采工作面，属+352水平以上采空区，期间留有12～18m隔离煤柱，该采空区水以自流的方式通过+352水平石门水沟经+352水平大巷水沟自流出井外。由于2321-5工作面对应2621-1N工作面已采，K6煤层顶板及长兴灰岩底板法向距离平均27.96m，K6煤层平均采高为1.3m，理论计算K6煤层开采后最大导水裂缝带高度为32.8m，已达长兴石灰岩强含水层。长兴石灰岩岩溶、裂隙水成为采空区水的主要充水水源。由于2126-1S回采工作面与2126-1N回采工作面运输巷是互相连通的，所以两工作面采空区积水是连为一体的，成为2321-5工作面主要威胁因素。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中附表5-1 典型工作面观测站地表移动实测参数，选取邻近南桐煤田观测参数（P166），下山移动角β取63°，上山移动角γ取75°。在回采2321-5工作面时，对应2621-1工作面上接的1651、1652回采工作面，正好在K3b煤层导水边界线范围内，1651、1652回采工作面属+352水平以上采空区，该采空区水与1356、1357采空区以自流的方式通过+352水平石门水沟经+352水平大巷水沟自流出井外，现补给水量为7.43m3/h，在采动2321-5工作面时，其动态水会以导水边界线引流至2321-5工作面，成为2321-5工作面次要威胁因素。（详见插图1）
二、积水量预算
按以下公式计算：（矿井地质工作手册P443）
式中W：采空区积水量（m3）；
L：采空区走向长度（m）；
M：采高（m）；
H：采空区内的水头高度（m）；
a：煤层倾角（°）；
K：采空区的充水系数，一般取0.3～0.5，本文取最大。
（一） 2621-1N工作面
2621-1N工作面标高在328.28～357.48m，平均走向长291.3m，平均采高1.3m，平均倾角33°。
W2621-1N ==10151m3
（二） 2621-1S工作面
2621-1S工作面标高在328.07～357.29m，平均走向长132m，平均采高1.3m，平均倾角32°。
W2621-1S==4731m3
（三）2621-1N、S运输巷
2621-1N、S工作面间留设49m煤柱，但运输是相互连通的，运输巷断面5.76m2。
W运输巷=S断面×L=5.76×49=282m3
（四） 总积水量
W总=W2621-1N+W2621-1S+W运输巷=10151+4731+282=15164m3
三、 放水技术方案
（一） 在掘进2321-5工作面之前在二区+344m阶段石门与+300m阶段八石门内施工放水孔，疏放2621-1采空区积水，施工位置在K3b煤层底板法向距离15m以外。
（二） 待2321-5工作面形成后，在2321-5運输巷每隔50m施工1组检验放水孔，检验2621-1采空区是否还存在积水。
（三）水文地质人员收集相关水文地质资料，并计算累计放水量，在2321-5工作面回采前进行评估，是否达到安全生产要求。
四、工程概况
（一） 施工情况
1月30日在二区+300m阶段八石门100.8m位置由同华煤矿探放水人员进行施工放水钻孔，在施工5#放水孔时，在25.84m时见导水裂隙，最大涌水量4.11m3/h，卡钻无法继续施工。2012年2月1日经地质技术人员同意施工4#放水钻孔，初见水时在37.84m位置，水量为0.9 m3/h，施工至40.6m时穿K6采空区，钻杆继续推进2m，确保无矸石堵孔后，测涌水量为24.1 m3/h，退钻杆时涌水量达45.5 m3/h，由于涌水量大为了安全退钻杆，待2月4日涌水量减少至20m3/h以下时，继续退钻，完全退钻杆后测涌水量为81.93 m3/h。
2012年4月6日在二区+344m阶段八石门距K1巷20m位置施工3#放水钻孔，探2321-5回风巷顶部1357采空区，孔深29.8m，最大涌水量0.3m3/h。施工2#放水孔，孔深59.5m时穿1652采空区，未见水；1#放水孔孔深58.01m时穿1652采空区，未见水。
2012年6月28日至7月6日在2321-5运输施工3个检验钻孔，检验2621-1N采空区积水是否放完。检1#孔深16.83m，最大涌水量18.0m3/h；检2#孔深18.7m，最大涌水量23.64m3/h；检3#孔深20.52m，最大涌水量6.9m3/h。
（二） 放水情况
观测4#、5#放水钻孔2012年1月30日至2012年2月30日统计累计放水量为15197.78m3，共观测38次；1#、2#放水钻孔无水流出，3#放水钻孔涌水量小，只有0.3m3/h；观测检1#、检2#、检3#钻孔2012年6月28日至2012年7月13日统计累计放水量为2295.76m3，共观测14次。累计统计放2621-1采空区积水17493.54m3。
五、 结论
5.1 放水量分析
根据前述采空区积水分析章节理论计算采空区总积水量15164m3，2621-1工作面补给水量在7.43m3/h左右。截至2012年7月6日2621-工作面统计放水量17493.54m3。现放水孔与3个检验孔钻孔流水已稳定，出水总量在7.45m3/h左右。从统计放水量与理论计算积水量对比，放水量已远远超过预计积水量2329.54m3，证明采空区积水已放完，只存在补给水。
5.2 对今后回采的影响
现已对2621-1采空区积水通过探放水的方式放出，已达到《2621-1采空区积水疏放安全技术措施》的要求，彻底解决了2321-5工作面的突水隐患，同时也缓解了2321-5工作面的排水压力，为2321-5工作面安全生产有一定的保障。
5.3 采空区充水系数分析
通过本次疏放，经认真整理，对积水面积进行了重新计算，核算出近距离煤层开采多年后，采空区充水系数为53%左右。
作者简介：李明（1983—），男，内蒙古乌兰察布人，地质工程专业，助理工程师，主研水文地质、矿井地质；马锋（1983—），男，陕西华县人，重庆大学采矿工程专业，采矿助理工程师，主研采掘技术；任永波（1988—），男，重庆綦江人，重庆大学采矿工程专业，采矿助理工程师，主研采煤技术。