特厚煤層綜放工作面掘進(jìn)期間老空水防除技術(shù)

特厚煤層綜放工作面掘進(jìn)期間老空水防除技術(shù)

1主采煤層采深度采儲量河南神火集團(tuán)泉店煤礦位于河南省禹州市和徐昌縣之間，東距徐昌16公里，西距禹州市21公里。井田面積約16.6km2,開采深度-200m至-1100m。礦井工業(yè)資源儲量14435.4萬t,可采儲量8106.89萬t。礦井主采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組下部二1煤,煤層厚度1.18～10.38m,平均厚度5.88m,煤層傾角19°～35°,平均傾角約28°。礦井采用立井單水平上下山開拓,中央并列式通風(fēng),走向長壁后退式采煤工藝,設(shè)計生產(chǎn)能力為1.2Mt/a,服務(wù)年限為48.3年。2工作面形成泉店煤礦12采區(qū)左翼規(guī)劃布置3個工作面,由下往上依次為二1-12050工作面、二1-12030工作面和二1-12010工作面。二1-12050工作面和二1-12010工作面已回采結(jié)束,形成了二1-12030孤島工作面。為最大限度回收資源,設(shè)計該工作面時留設(shè)了4m的小煤柱,根據(jù)煤層傾角分析,下順槽掘進(jìn)時不會受到水害威脅,但上順槽與上部二1-12010工作面采空區(qū)隔離煤柱僅4m,掘進(jìn)期間將受到二1-12010工作面老空積水的嚴(yán)重威脅。3由于廣闊區(qū)域內(nèi)的水位預(yù)測和三個富有區(qū)的指示采空區(qū)主要水源為二1-12010工作面采空區(qū)頂、底板砂巖水。3.1地下水保水開采實踐(1)未能實測積水上限時。二1-12010工作面于2010年5月回采結(jié)束,回采期間正常涌水量為1m3/h,采空區(qū)里低外高,積水最低點高程為361.3m,位于切眼的開口位置向東15m,根據(jù)該區(qū)水文地質(zhì)條件,按封閉采區(qū)后每小時充水1m3計算,截至2010年12月,預(yù)計采空區(qū)積水約4320m3。(2)實測積水上限后。根據(jù)預(yù)計采空區(qū)積水量和積水邊界,在探放水施工第一階段施工鉆孔,采用水準(zhǔn)管引流的方法確定實際積水標(biāo)高,實測老空區(qū)積水最高標(biāo)高為-353.997m,采空區(qū)里低外高,積水最低點高程為-361.3m。根據(jù)采空區(qū)積水標(biāo)高,繪制采空區(qū)積水等水位線,計算出積水區(qū)面積為1815m2(F),工作面平均采高5.5m(M),煤層傾角28°(α),采空區(qū)積水量按V=KMF/cosα計算,充水系數(shù)取0.4,經(jīng)計算得采空區(qū)積水量為4522m3。3.2順槽導(dǎo)線下順槽段根據(jù)巷道采掘工程平面圖及巷道標(biāo)高,二1-12010下順槽里低外高,最高點積水位置定為B點,畫出積水線AB,AB線以下為積水區(qū),A與C點距離15.32m,B與C點距離233.34m,A點標(biāo)高和B點標(biāo)高相同,為-351.07m,畫出積水等值線圖。下順槽最高點高程為-351.07m,最大高差為8m,水壓0.08MPa,采區(qū)封閉后密閉留有泄水孔且無水流出,泄水孔往里最高點高程為-350.25m。根據(jù)對采掘工程造成的老空、老窯、硐室等積水區(qū),積水邊界準(zhǔn)確,水文地質(zhì)條件清楚,水壓不超過0.1MPa時,探水線至積水邊界距離煤層中不得小于30m,由積水邊界向外推35m為探水線,根據(jù)積水邊界向外推50～150m為警戒線取距離為50m。即二1-12030上順槽導(dǎo)線拐點前平距13.4m和28.4m處分別為警戒線和探水線,巷道掘至探水線時必須進(jìn)行超前探測再施工。采空區(qū)積水量預(yù)測及三線確定如圖1所示。4勘探水孔設(shè)計4.1單孔涌多孔多孔涌流量q根據(jù)鉆孔的布置方式,每次放水后采空區(qū)水位位于最小角度鉆孔終孔標(biāo)高位置,由巷道剖面圖可知二1-12010下順槽底板距水位的平均距離為10m左右,根據(jù)能量守恒定律(m為質(zhì)量,ρ為水的密度,v為流速,h為高度)及涌出量Q=πr2v(Q為涌出量,r為鉆頭半徑)可算出單孔涌出量Q約為100m3/h。根據(jù)單孔涌水量和排水高差,施工現(xiàn)場保證正常排水能力不低于100m3/h,揚程不低于20m,最大排水能力不低于200m3/h,排水系統(tǒng)做到雙泵、雙電源、同能力、熱備用。4.2鉆孔設(shè)計及施工(1)鉆孔布置。為了有效合理的探放采空區(qū)積水,保證采空區(qū)積水完全疏干,采用分段探放水、分段掘進(jìn)的漸進(jìn)式邊掘邊放的探放水方法,使用ZY-750探水鉆機(jī)φ50mm鉆頭,φ42mm鉆桿在巷道右?guī)褪┕ぬ剿@孔。堅持有掘必探,累計分5個階段對二1-12010工作面老空水進(jìn)行探放。每階段設(shè)計6個鉆孔,其中1#～3#為積水檢查孔,長度分別為15、30、45m,從探水起點依次向未掘進(jìn)區(qū)域老空區(qū)進(jìn)行漸進(jìn)排查,用于檢查上一階段放水效果,同時對巷道低洼處可能殘存積水進(jìn)行排查疏放,保證放水不留盲區(qū)。4#～6#孔為長探鉆孔,終孔在巷道前進(jìn)方向上的投影長度為70m,每個鉆孔的終孔水平平距以3m為準(zhǔn),在垂直方向上間距為1.5m,由上到下對老空區(qū)進(jìn)行疏放,保證水位降至設(shè)計標(biāo)高,見圖2。探水結(jié)束后,按照“探70m,掘40m,超前距30m”的有掘必探原則,允許掘進(jìn)距離為40m,超前距為30m,掘進(jìn)至超前距位置時,按照循環(huán)工序進(jìn)行施工,每次施工至超前距離后,根據(jù)場實際情況重新修正鉆孔設(shè)計參數(shù)。(2)效果檢驗。在巷道右?guī)痛怪毕飵拖蚶峡諈^(qū)3處低洼點各施工2個泄水孔,孔深分別為9.5m和12m,傾角分別為40°和60°,保證終孔垂直方向上間距為1.5m,用于檢驗各階段探放水效果和觀測后探放水時期采空區(qū)內(nèi)充水情況及積水的排泄。5探放成果的總結(jié)(1)通過5階段成功實施采空區(qū)老空水的探放,累計放水2761m3,積水標(biāo)高由-353.997m降至-361.3m,基本將采空區(qū)積水疏干,同時在階段探放水工程結(jié)束后,又在二1-12030上順槽對應(yīng)老空區(qū)的3處低洼點施工了泄水孔,定期進(jìn)行檢查疏通,保證后探放水時期老空水的及時排出。本次探放水的成功實施,解除了二1-12010工作面老空水對二1-12030上順槽掘進(jìn)及回采期間的水害威脅,實現(xiàn)了上順槽的安全掘進(jìn),目前二1-12030工作面即將回采結(jié)束,沒有發(fā)生水害。(2)老空充水系數(shù)是預(yù)計老空靜水量的主要參數(shù),本次探放水的成功施工,推算出了本礦二1煤工作面老空區(qū)經(jīng)驗充水系數(shù),為以后礦井其它老空水探放前預(yù)測積水量和確定“三線”提供根據(jù),提高以后探放老空水的效率。老空區(qū)積水計算公式為:式中:K——采空區(qū)沖水系數(shù);V——老空區(qū)疏放水量;本次探放老空水,共疏放水量2761m3,采空區(qū)積水區(qū)面積為1815m2(F),工作面平均采高5.5m(M),煤層