刘务全

（大同煤矿集团有限责任公司云岗矿，山西 大同 037017）

1 8411 工作面地质情况

同煤集团云岗矿12#层404 盘区8411 工作面为东西方向布置，由东往西开采，8411 切巷长度138.5 m。该工作面煤层厚度在0.4～2.7 m 之间，平均厚度约2.0 m。工作面直接顶为中细砂岩互层，平均厚度为16.53 m；直接底为细粉砂岩，平均厚度2.34 m。12#层404 盘区8411 工作面位于十里河南部，与十里河床垂直深度约255 m，平距在150～300 m 之间；上覆存在云冈矿2#、3#、7#、8#四层采空区，各采空区间存在水力联系；同层北部为8413 工作面（正开采）和十里河床保护煤柱。因此在回采过程中要重点做好探放水工作，消除水患对回采过程中的影响，确保安全生产。

2 8411 工作面水患分析

（1）上覆层水患情况

12#层404 盘区8411 工作面上覆2#、3#、7#、8#为云冈矿采空区。上覆8#层为云冈矿8411 和8413采空区，东西向布置，采煤方法为综合机械化采煤，影响范围均为805 m；上覆7#层为云冈矿8403和8405 采空区，采煤方法为大冒顶采煤，影响范围均为805 m，两采空区间约有12 m 的煤柱，煤柱中间有多条联络巷道；上覆3#层为云冈矿8403、8405、8407、8409、8411、8415 工作面采空区，采煤方法为大冒顶采煤，整体影响范围805 m；上覆2#层为云冈矿8401～8413 采空区，采煤方式为刀柱式采煤，整体影响范围805 m。12#层与上覆8#层层间距平均约36 m，与上覆7#层层间距平均69 m，与上覆3#层层间距平均112 m，与上覆2#层层间距平均143 m，各采空区间存在水力联系。因在开采8#层8411、8413 工作面时已经对上覆2#、3#、7#层积水进行了探放，2#、3#、7#层积水下泄到8#层采空区，故积水主要汇聚在8#层8411 和8413 局部采空区内。从煤层底板等高线和充水性图以及地面情况分析，预计上覆存在少量采空积水，大部分积水通过北部8413 工作面已经疏放。

探放水对象包括采空区积水和动态水两个部分。采空区积水主要是指与原来的含水层分离，无水源的侧向补给，采空区积水主要存在于巷道顶板垮落后产生的封闭区域内。对采空区积水涌水量Q1的预测可表示为：

式中：Q1为采空区静态积水涌水量，m3/h；L为采空区积水区的长度，m；B 为采空区积水区的宽度，m；H 为采空区积水区的高度，m；μ 为采空区积水区的积水系数，与采空区地质岩层组成有关，本文选取0.25；t 为完成排放静态水的时间，h。

通过云岗矿8#层8411 和8413 局部采空区参数调查，最终确定静态积水涌水量为13 m3/h。

（2）同层水患情况

同层北部为12#层404 盘区8413 工作面（正开采）和十里河床保护煤柱，西部为12#层404 盘区巷，南部为8409 工作面（正在圈定），东部区域未开拓。12#层404 盘区8411 工作面北部同层8413 工作面正在开采，该工作面采空区内存在积水，且存在大量的动态水，水源为地面补给水，通过上覆层塌落带、裂隙等导入8413 采空区内。8411 工作面5411巷尾部设计探放水孔6 个，对8413 工作面采空区内积水进行探放，施工探放水孔6 个，其中5 个出水。动态水主要是指巷道顶板上的含水层和地下水道连通的水源，其能够通过临近含水层的下渗补给以及通过四周的地下水径流补充。因此在对动态水量进行计算时，可采用大流量的方法进行计算，其动态水量Q2可表示为：

式中：Q2为探放水时的动态水量，m3；K 为采空区水渗透系数，与采空区地质岩层组成有关，本文选取3.2；H 为动态水水头高度，m；B 为采空区含水层的宽度，m；h 为动水位到底板上的隔水层水柱的高度，m；R0为含水层半径，m；r0为含水层引用半径，m。

通过对同层工作面参数调查，最终计算的动态涌水量为20 m3/h。

（3）下覆水患情况

根据《云冈矿水文地质类型划分报告》资料解释结果，寒武灰岩岩溶水与12#层煤间距约120 m，无直接导水通道，不会对12#层开采造成威胁，不存在带压开采。

综上所述，8411 工作面主要水患为上覆层采空区积水和十里河补给水通过上覆采空区塌落、裂隙带等导入同层8413 采空区内形成的动态涌水，8413 工作面和8411 工作面之间煤柱为12 m，在8411 回采前应消除水患，确保安全生产。

3 探放水工程设计

为了彻底排放12#层404 盘区8411 工作面上覆8#层8411 和8413 积水，云冈矿对上覆采空区以及同层采空区进行探放水，将积水从地势最低处通过探放水钻孔排出，保障开采工作的安全。探孔设计说明如表1 所示，探放水孔布置示意图如图1 所示。

表1 探孔设计参数表

图1 8411 工作面探放水孔位布置图

根据云冈矿井下地质条件及计算的涌水量，在进行探放水钻井施工时设置裸孔孔径为73 mm，钻孔孔口位置的直管的孔径为105 mm。在进行探放水钻孔施工时的钻进工艺总结如下。

（1）首先将钻机钻进作业时的角度设置为24°。

（2）放入孔口直管以后，将系统内配对的压盖和注浆的管路进行连接，然后利用注浆泵将定量的速凝剂注入到连接直管内，用于固管。在进行注浆时，设置系统的压力为0.6 MPa，当所注入的速凝剂达到一定量以后，静置8 h，然后利用1.6 MPa的压力对管路进行二次注浆，然后再次静置16 h，待完全凝固以后以2 MPa的压力进行水压打压试验，直到达到设定的要求。井下管口的注浆工艺原理如图2 所示。

图2 探放水孔管口注浆示意图

（3）在钻进作业时，为了确保钻进时的速度，采用了高强度合金钻头钻进作业。在钻进时以清水为冲洗和降温液体，确保钻进时钻头的安全性，钻进时钻头以180 r/min 的速度作业。

（4）在钻进时，首先用直径为130 mm 的钻头钻入6 m 深，然后放入直径为105 mm 的孔口管，最后利用直径为72 mm的钻头钻进到设计要求的孔深。

4 探放水工程实施效果

（1）上覆层：12#层404 盘区8411 工作面向上覆8#层共施工10 个井下探放水孔，其中9 个通孔无水，1 个未通，所有钻孔均已封堵良好，探放水工作已完成.综上所述，上覆层水患已消除。

（2）同层8413 采空区积水：12#层404 盘区5411 巷尾部向8413 工作面（正开采）采空区共施工6 个探放水孔，其中5 个出水，出水量为33 m3/h，累计排放水量8.8 万m3。

（3）现已在8411 切巷靠近古塘帮煤墙下方铺设两趟DN100 管路，在2411 巷尾部向同层5409 巷施工两个排水孔，在5409 巷尾部施工一水仓，通过管路将5411 巷尾部5 个出水孔与2411 巷尾部2个排水孔连接，将8413 采空区积水排放至5409 巷尾部水仓内，由5409 巷排水系统将积水排放至南1030 大巷水渠后自流至中央水仓。现所有工程均施工完毕，排水系统完善。综上所述，8413 采空区积水不影响8411 工作面回采。