杨斌

摘 要：本文主要对煤矿老空水水害防治技术进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。

关键词：煤矿老空水；水害防治；技术研究

1工程概况

煤矿开采的主要作业环节为开掘井巷和回采煤层，在此过程中必然形成一定的地下空间。同时由于采掘工程不可避免地要接近、揭露某些含水层（体），因此当这些作业场所处于含水层（体）的水位以下而承受一定的静水压力时，水就会失去原有的平衡条件而涌入井巷或采场。待采动过后一定时间，就形成了老空区积水。煤层开采后，工作面采空区上覆岩层将产生移动、破坏。

当煤层开采后形成的导水裂隙带波及甚至进入上覆含水层（体）时，就可能使水体向下流入采空区而使其大量积水。同时在采动的影响之下，地表往往发生沉陷，尤其是煤层赋存较浅又有地下水作用时更为明显。由于沉陷导致的塌陷和裂缝往往是降雨或河水灌入井下的通道，易造成采空区的积水。

采动引起顶板岩层移动只是采空区积水的成因之一，也是水体下采煤时的主要障碍。其他因素如工作面进入导水钻孔区域范围或生产采区内有未查明的含水断层、陷落柱也能造成采空区大量积水。此外，采动造成煤层底板破坏也会使含水层的水沿一定的导水构造充入采空区而形成大量积水。

老空积水水体的特点是：水体压力传递迅速，流动与地表水流相同，不同于含水层中地下水的渗透。老空区突水既在生产上给各矿造成了被动局面，又在经济上带来巨大损失。

2老空水害防治方案

2.1合理布局，优化接替

根据大中型断层资料合理分隔采区，保证采区间留设足够防隔水保护煤柱，各采区回采形成完整的老空水单元，采区回采结束封闭后对临近采区无影响。

根据煤层底板等高线，合理设计工作面，工作面沿煤层走向布置，车场或皮带顺槽低于工作面，保证老空活水自流出工作面，消除老空区积水。

采用下行式回采接替方案，工作面自下向上回采，老空区活水由下部工作面流出，减少采空区积水。

2.2留设防隔水煤（岩）柱

①巷道在水淹区下或老窑积水区下掘进时，巷道与水体之间的最小距离，不得小于巷道高度的10倍。

②在水淹区下或老窑积水区下同一煤层中进行开采时，若水淹区或老窑积水区的界线已基本查明。③在水淹区下或老窑积水区下的煤层中进行回采时，防隔水煤（岩）柱的尺寸，不得小于导水裂缝带最大高度与保护带高度之和。

3老空水害疏放技术研究

3.1老空水探水线及警戒线的确定

（1）探水线的确定

探水线是由积水线向外推移一定距离确定的一条界线，为放水的起点。

探水线外推距离的大小根据积水线的可靠程度、水量和水压的大小、煤岩层厚度和强度以及矿山压力大小等因素确定，一般不小于30m，每次放水前根据实际情况确定放水平距，施工至放水位置后进行放水作业。

（2）警戒线的确定

施工至警戒线时，应主要观察采掘工作面有无异常变化，若发生透水征兆，临近提前实施探放水工作。

3.2开孔固管技术

钻孔使用φ73圆钻杆配套φ133钻头开孔，若疏放水钻孔开孔有塌孔现象，使用“取芯下管”法开孔下管。即把孔口管的短接从中间锯开，制成锯齿状，连接到孔口管上。在孔口管的末端安装一个变头，使孔口管与钻杆连接，经钻机钻进，孔口管就直接进入煤壁中，连接孔口管达到设计深度后，直接注浆固管。并及时使用φ89钻头扫孔排除孔口管内煤渣，扫孔深度不得超过孔口管长度。

下设孔口管完成后，利用风动注浆泵采用42.5#水泥（水灰体积比1：1），待加固孔口管的水泥浆凝固后（一般为12小时），扫孔打钻超过下设孔口管长度0.5m，使用2ZBQ-3/21型风动注浆泵进行耐压试验，把注浆泵通过注浆管与钻孔连接，用注浆泵向孔口管内注入清水，压力达到2MPa，且孔壁不漏水，方可安装Z41H-16DN100型闸阀和防喷装置钻进至采空区。若孔壁漏水，则须重复注浆加固孔口管和耐压试验的操作，直至孔壁不漏水。

3.3放水钻孔防塌孔技术

（1）发现钻机旋转吃力，孔内返水变小，返水颜色变混浊，钻渣碎石较多，即将发生埋钻的危险，此时应立即带水旋转起钻，千万不可停水，待钻机旋转正常，孔内返水带渣减少时，开始小心缓慢下钻，如发现钻机旋转吃力，再次起钻，反复以上过程，直到不再塌孔，钻机旋转正常，方可继续钻进。

（2）如果以上操作仍不能解决问题，塌孔现象仍在继续，而且越来越严重，说明塌孔部位岩层松软，塌孔周围在水冲刷的情况下连续不断地塌孔，越塌空间越大，孔内积存的碎渣越多，此时可能发生埋钻、卡钻、抱死钻杆的危险性越大，此时应及时起拔钻杆，把钻杆全部拔出孔外。

（3）处理塌孔一般采用注浆或“取芯下管”方式，具体如下：

①如果钻孔内出现卡钻现象，而且钻杆在孔内有上下弹跳现象，钻机旋转不稳，这说明孔底岩石裂隙发育，孔内有活动碎石，而且岩石是坚硬的。在这种情况下，起钻后，可直接向孔内注浆，因为岩石脆性强，裂隙畅通，容易注浆，当裂隙注满升压以后即可。待浆液凝固48小时以后，可以扫孔钻进，一般情况下可通过塌孔地段，问题得到解决。

②如果在钻探过程中，发现钻机旋转压力逐渐增大，旋转速度逐渐变慢，噪音增大，感觉明显吃力，钻杆有钮劲现象，这说明孔底遇到了松软岩层，在水的搅动和冲刷下坍塌堆积在孔底，而且岩石的强度很低，在钻头和钻杆的搅动下越堆越多，越搅越碎，越搅越实在，最终把钻杆抱死，遇到这种情况，应按照第（2）条要求，立即把钻杆拔出孔外，更换“一”字形钻头，或者不带钻头（目的是为了防止塌孔埋钻拔不出来钻杆），把钻杆下到孔底，用水反复冲洗钻孔，尽可能地多冲出岩石碎渣，让塌孔部位充分“片帮”，形成一个空间。此时，停止冲水，把钻杆与注浆管连接，从钻杆中间注入浆液到孔底，在注浆压力作用下，孔底浆液向上顶起沉淀的岩石碎渣，并向上移动，移动一定距离后，由于上部孔壁完好，钻杆周围的环状间隙很小，底部上升的岩石碎渣会挤紧在这里，把浆液封死在孔底塌孔部位，此时注浆压力会逐渐上升，浆液不仅充满了塌孔空间，而且也挤入岩石缝隙，加固了松软岩层。此时应停止注浆，把钻杆从孔内拔出。等到浆液凝固后，原塌孔部位已经成为一个水泥大块，当再次打钻时将会很容易地通过。

③如果沿煤层施工钻孔出现埋钻现象，钻杆在孔内摩擦力增大，钻机旋转压力稳步增高，这说明孔内煤层松软，因煤层裂隙较小，一般注浆情况下难以解决该类问题，在这种情况下，采用了“双层套管取芯施工法”，开孔用岩心管前带取芯钻头穿入煤层下入φ152孔口管，固管后内置φ133钻头带φ108孔口管施工至老空区，该施工方法有效避免了开孔、打钻过程中出现的塌孔、埋钻等情况，在2604外段泄水巷等工作面放水过程中应用效果良好，大大减少了透孔、处理塌孔时间，方便高效的解决放水问题。

3.4复合钻头+扶正器综合纠偏技术

钻孔在施工过程中，由于钻具自重和煤岩性质、裂隙发育程度的影响，钻孔施工至终孔位置时，与钻孔的设计终孔位置存在偏差。

针对钻孔偏斜特性，车集煤矿自主设计钻孔扶正器，通过扶正器四翼对孔壁的支撑作用，确保钻杆受力均匀，钻头不偏载；并推广使用复合钻头，利用小钻头定位、大钻头确保均匀受力的特性，保证钻头沿直线钻进。

3.5老空区水位监测技术

（1）在老空水位低于放水处巷道（或硐室）顶板标高时，可在孔口安设水位监测装置，该装置利用“U”形连通器原理，测量老空区积水水位标高，可动态监测老空区积水水位。

（2）在低处疏放老空水时，可在孔口安设小扬程水压表，根据水压选取适当压力表，根据钻孔孔口标高及测得水压值测算老空区水位，并在放水过程中动态监测老空区积水水位，确定老空水疏放进度。

结论

研究煤矿老空水疏放的新方法、新思路，总结老空水疏放的成功经验，提高煤矿老空水防治水平，消除老空水害威胁，更好地总结老空水防治经验，并加以推广，为老空水害防治工作积累详实的理论资料。

参考文献

[1]郭小兵.浅谈老空水害事故原因及防范管理對策[J].能源与节能.

[2]谢琼芳.矿井水害事故特征及防治技术分析[J].内蒙古煤炭经济.

（作者单位：永城煤电控股集团有限公司地测处）