王 斐

(潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

煤矿水害是威胁矿井安全生产的重大隐患之一，长期以来给国家和人民生命财产带来严重损失[1-3]。而在威胁矿井安全的水害因素中，老空区水文地质条件复杂，不易准确判定积水情况及特征，受地质条件影响，老空区积水的层位、空间分布等特征也难以准确掌握，所以极易引起水害事故的发生[1-2]。王庄煤矿是一座特大型现代化高产高效矿井，井田水文地质条件复杂，且井田范围内包括了几处小煤窑，加之以前粗放型开采以及煤炭资源的逐步枯竭，现有生产及设计工作面多数受到老空区积水威胁，所以老空水探放工作对矿井安全生产具有重要意义。

1 王庄煤矿老空区积水现状

王庄煤矿位于潞安矿区东南部，是潞安集团下属的特大型现代化高产高效矿井，核定产能710万t/a，主采二叠系3号煤层，煤层均厚6.7 m，倾角2～6°，开采深度标高+880～+350 m。王庄煤矿相邻矿井包括常村煤矿、石圪节煤矿、漳村煤矿等，井田内有小煤窑17座。矿井主要充水来源包括采空区积水，3号煤层顶板二叠系砂岩裂隙水和第四系孔隙水直接充水源，大气降水和地表水等间接充水源，3号煤层底板奥灰水间接充水水源等。矿井涌水量等级为中等类型。其中采空区积水主要包括井田内采空区积水、井田内小煤窑采空区积水、周边矿井采空区积水，采空区积水等级为中等类型。目前，王庄煤矿对已有及规划期开采范围内的采空积水已经全部进行了针对性的疏排防治，达到了安全开采要求，但由于采空区积水是有补给源和动态变化的，加之采动影响可能沟通其它含水层和采空积水区，在规划期间必须加强采空积水区的巡防排查工作，以防造成意外事故的发生。

2 老空区积水探防要求及主要技术措施

老空区积水的形成途径主要包括水源古井、小煤窑废弃矿井、废弃巷道、采空区等，当矿井生产活动波及到积水源，或破坏老空区积水的防护煤岩层，老空水就会进入巷道或工作面，造成老空区积水水害事故。由于受到开采活动影响，或者地质资料的缺失，所形成的老空区水文地质条件复杂，含水量及所处层位不能确定，而老空区积水具有分散、孤立和隐蔽的特点，更提升了准确掌握积水空间分布的难度。目前，针对老空区积水有效探放的技术途径为资料分析、物探探测、钻探验证、钻孔疏放[3-5]。2019年8月，山西省应急管理厅、山西省地方煤矿安全监督管理局印发了《山西煤矿防治水“三专两探一撤”规定》，强调煤矿防治水工作必须坚持“预测预报、挖掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，煤矿必须具备防治水专业技术人员、专门的探放水队伍及齐全的探放水设备，并且建立健全防治水责任体系及主体责任，采用物探、钻探等方法进行科学探放水。

1) 采用已有的地质资料对开采区域的水文地质条件、矿井开采情况、小煤窑等，参照矿井已有充水性图和矿井等高线图等资料进行综合分析，查明老空水的可能充水水源，预测老空水的范围及体积，为老空水预测预报提供理论依据。

2) 采用三维地震、瞬变电磁法、矿井音频穿透技术、地质雷达等物探手段对老空区进行探测，圈定疑似老空区积水区域和分布[4]。

3) 采用钻探手段对物探手段圈定的疑似区域进行验证，并验证老空区是否积水，以及进一步定性老空区的积水范围及积水量。

4) 查明老空区积水后，向超前布置探放水钻孔，为了防止老空区积水漏放，钻孔应当根据老空区积水的赋存条件，具有足够帮距、超前距和控制密度。并且根据资料分析设计老空水抽排路线，且待老空区积水放完后，应当进行补孔验证。

3 王庄煤矿老空区积水探放实例

3.1 工作面概况

以7105工作面为例，该工作面位于+540 m水平71采区，工作面标高553～586 m，主采二叠系3号煤层，煤层均厚为6.69 m，煤层倾角在2～10°，运巷开口至900 m范围为上山掘进，900 m至切眼段为下山掘进，7105运巷掘进过程中在运13前5 m揭露断层F302，H=0.8 m，∠65°。7105工作面风、运巷掘进过程中充水因素主要为3号煤层顶板砂岩含水层裂隙水，涌水量较小，正常涌水量为3～5 m3/d，其次为相邻的7103已采工作面采空区积水，见图1。而7103工作面于2016年回采结束，根据回采期间工作面来水及工作面煤层赋存条件分析，7103运巷运15点附近为工作面最低点，7105切眼位于该区域内，为保证7105工作面安全回采需对7103采空区积水进行疏放。根据前期瞬变电物探探测(见图2)及工作面等值线标高，圈定了预测积水区域范围为4 038 m2(见图1)，同时结合对老空水的化验结果，分析老空水主要源于顶板K8、K10砂岩裂隙含水层。依据《煤矿防治水细则》采空区积水量计算公式计算得出(见式1)，7103采空区积水量为4 250 m3。

Q采=(K×M×F)/cosα

(1)

其中：Q采为采空区积水量，m3；K为采空区充水系数，0.3；M为采区平均采高，3.5 m；F为采空积水区水平投影面积，约4 038 m2； 为煤层倾角，平均值4°。

图1 7105工作面抽排7103采空区积水示意

图2 水平方向超前探测视电阻率断面图(1∶15 000)

3.2 探放水钻孔布置

为了探放7103采空区积水，保证7105工作面的安全回采，严格按照《煤矿防治水细则》设计探放水钻孔，见表1。待7105切眼掘进至240 m后在工作面右帮布置钻场，按照前期循环物探成果设计钻孔参数，钻孔开孔位置为巷道底板以上1 m，并且根据钻孔实际观测水量及现场排水能力及时调整钻孔施工进度和钻孔数量。在切眼掘进至警戒线后停止掘进，首先对工作面正前方进行超前物探，针对物探异常区进行多角度探测，确定前方无水后方可继续掘进，掘进至探水线后停止掘进，开始进行采空区疏放水工作。打钻前进一步完善7105运巷排水系统，配备两台排水能力不小于60 m3/h的排水泵(一用一备)，钻孔出水后通过直径120 mm排水管集中排放至71/1号水仓。在打钻过程中应当对钻孔附近及孔内瓦斯及出水量进行全程监测，并且做好水灾避灾路线和排水路线。

4 结 语

7105切眼探放7103老空区积水，共布置了4个钻孔，孔深累计146 m，均探透老空区，初始合计涌水量为21 m3/h，累计放水量11 430 m3，现场实测空口最大水压为0.03 MPa，按照《煤矿防治水细则》规定安装止水套管，并采取相关套管固结措施。除此之外，为了保证7105风巷的安全掘进，在巷道前进右帮每隔30 m布置探放水钻孔，根据探测水量进行钻孔数量的增加。目前，7105工作面已经开始回采，消除了7103老空区积水威胁，遏制了工作面的水害发生，保证了工作面安全生产。

表1 7105切眼及探水巷探水钻孔设计