近距离煤层开采老空水害及其治理技术应用

徐勤玉，王仲全，刘胜利

(山东华源矿业集团有限公司，山东新泰  271219)

   华源公司目前开采的二、四层煤，层间距6～14m，其间岩性为细粉砂岩交替出现，由于层间距较小，二层回采后形成的老空水对其下方四层煤的安全开采构成严重的威胁。

1  老空水的发生机理

华源井田二、四层煤所属沉积地层为下二叠统的山西组，二、四层煤间距仅有6～14m左右，按矿区裂高采后比经验值15倍计算，四层煤回采后的裂隙高度达30m以上。超过了二、四层煤之间的层间距，即四层煤采后通过采动裂隙与二层老空发生连通，当老空积水量较大时，就有可能造成四层煤回采工作面涌水增大或发生突水事故。华源井田构造复杂、断层密集，更增加了老空水害发生几率。

2  二层老空区充水水源

    二层煤直接顶多为粉砂岩，性脆易冒，平均厚度4．0m，层位不稳定，局部变为中细砂岩，老顶正常块段为中砂岩，但由于沉积环境的影响，二叠系中砂岩多被剥蚀而沉积为侏罗系红色中细砂岩，该层砂岩厚度达300余m，钙质和泥质胶结，原生裂隙及构造裂隙较发育，全矿井有84个孔揭露，其中有25个孔漏水，12个孔明显消耗，漏水孔率为44．05％。属富水性中弱含水层，该层直接接受第四系和大气降水的补给，是二、四层煤的直接充水含水层。

3  二层老空区积水量预计

3．1  采掘过程中二层顶板砂岩涌水情况

    (1)掘进时顶板砂岩涌水情况。巷道掘进过程中，顶板完整地段一般无水，在裂隙及构造发育带，二层煤红砂岩水以淋水状态涌出，单个淋水段涌水量不大于O．5m³/h,且时间长，并随巷道掘进淋水段前移，一条长度300m的巷道涌水量不大于2m³／h，一般不会发生水害威胁事故，但影响顶板的稳定性，因此需要加强支护措施。

    (2)回采时顶板砂岩情况。大多数二层煤回采时，因推进速度快，仅有少量淋水，但在裂隙及构造发育地段及采区下部边界工作面，有时会出现较大的淋水，易形成老空积水。

3．2老空区积水量预计

    二层煤开采后，裂高达30m，影响范围内的顶板侏罗系红砂岩水将汇集到老空区，形成积水；通过分析，二层老空积水有以下两种情况：(1)顶板完整时二层积水可能较小；(2)当裂隙或构造发育时积水量可能较大，相应对四层威胁就较

大，且循环条件差，以静水储量为主。

    准确的预计积水量及其积水部位是老空防治工作的关键也是难点。由于华源井田构造复杂，断层较为密集，造成施工巷道起伏较大，因此通过对老空底板起伏位置进行了准确的分析，划分并圈定积水地段来预计积水量。积水量计算公式：

    W=KLMH/sina

式中：H—老空积水水头高度；

    K—含水系数一般取0．3～0．5；

    L一老空长度；

    M一煤层厚度；

    α一煤层倾角。

4  二层老空水防治

4．1  防治原则

    四层煤回采时，分段对老空积水情况进行预计，本着“有疑必探，先探后掘，不探不掘”的安全原则对二层老空区分段探放，并根据预计积水量和单孔放水量计算出放水所需时间，提前进行，保证在回采工作面投产前完成。

4．2探放方法

    探放水前，编制出探放水安全技术措施，加固探放水地段巷道支护，并在探放水地段安设足够流量的排水设备，保持正常运转。探放水地点一般选择在积水老空地段的低洼地，采用岩石电钻钻进，用Φ55mm钻头钻进5．5m后，下Φ50mm的套管5．0m，套管上缠好麻皮，抹上黄油安设阀门，将压力表顶入孔内并用卡子固定好，耐压试验合格后用Φ4．2mm的钻头钻进，通过出水情况确定是否打透老空，打透后一般不要拔卸钻杆，以作钻孔堵塞时疏通之用，单孔放水量能满足放水要求。

4．3  防治实例

    2006年5月份，华源公司4406E运输巷在沿四层煤向东施工过程中，多处沿裂隙和揭露断层处出现淋水，通过分析认为其上二层老空已充满积水，并且积水量可能很大，将对回采产生很大的威胁，因此必须对二层老空进行探放。根据上方二层老空的起伏情况并考虑到老空局部地段可能发生的冒落会造成局部老空截水现象，致使水流不畅、放水不彻底，因此决定先在老空最低部位打一个探放孔，然后再根据放水量实施第二个放水孔。

    探放情况如下：44096E运输巷设计长度360m，该巷共揭露断层三条，落差均大于4m，并且该运输巷四层煤顶板原生裂隙和构造裂隙都较发育，在这些裂隙和断层处都有较大的淋水，在该巷320m处是上覆二层煤老空最低点，也就是在44096运输巷边切眼以东为第一个放水孔。其上二层老空长度也是360m，倾斜长平均40m，预计水头高度14m，走向长度320m，采厚2．0m，煤层倾角23^°，预计积水量6879m³,当钻孔打到10m时，钻孔出水，未卸钻杆，出水量30m³／h，以后逐渐减少，历时20d，共放出老空水6100m³。验放水的彻底性，又在原放水孔以西5m处实施了第二个钻孔，结果出水量极少，第二天已不出水，并且原先裂隙处及断层破碎带的淋水也被疏干，充分证明了放水已取得成功，通过积水疏放保证了开采安全并解放了四层煤储量近3万t。

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