上覆采空区探放水施工设计及应用

薛晋玉

（晋能控股煤业集团四明山煤矿，山西 高平 048400）

1 四明山煤矿9107 工作面概述

四明山煤矿9107 工作面位于井田一采区，工作面设计走向长度为1 200 m，倾向长度为210 m，工作面回采煤层为9 号，位于太原组中下部K5 灰岩之下20～30 m，上距3 号煤层底板59.14 m。9 号煤层厚度1.51～1.93 m，平均厚度1.60 m，结构简单，无夹矸；直接顶板为细粒砂岩或石灰岩，底板为砂质泥岩或K4 石灰岩；属结构简单、稳定可采的中厚煤层。9107 工作面整体为宽缓背斜构造，轴向近南北，煤层底板变化较为平缓，地质情况相对稳定。

9107 工作面上部主要为原北善煤矿、原南坪煤矿、原南村煤矿和原百花山煤矿开采区域，曾开采3 号煤层，3 号煤层大部分被采空，存在较多采空区，开采标高为+938～+974 m；《水文地质类型划分报告》显示，9107 工作面东侧430～740 m 上部及附近存在1 处3 号煤层采空区积水，3 号-22 采空区积水，积水面积54 402 m2，积水量80 119 m3。

放水钻孔探测区域为上部二叠系山西组的3 号煤层，9107 工作面地层综合柱状图显示，9 号煤层顶板与3 号煤层底板的层间距约为53.73 m。放水钻孔预计穿过的煤岩层为砂质泥岩、细粒砂岩、泥岩、K5灰岩、粉砂岩，终孔位置施工至3 号煤层顶板，3 号煤层平均厚度约为5.09 m。

为了防止9107 工作面回采期间出现顶板涌水现象，决定对上覆3 号煤层采空区采取探放水施工。

2 探放水施工设计

2.1 探水钻场设计

9107 工作面放水钻孔施工选择在9107 运输顺槽内，钻场布置在巷道400～800 m 处，共计布置2个钻场，钻场尺寸为长8 m、宽1.5 m、高2.5 m。钻场顶板主要采用锚杆（索）作为永久支护，并在钻场内支设一排单体柱进行加强支护。

2.2 水仓与排水系统设计

在每一处放水钻场附近施工一个临时水仓，把施工用水和放水倒至临时水仓内，临时水仓容量为10 m3。9107 工作面运输顺槽各配备一趟4 寸（13.3 cm）排水管路，配备两台排水能力为60 m3/h 的排水泵，一台工作，另一台备用，保证排水系统通畅。

2.3 钻孔施工机械

采用1 台型号为ZDY3200LPS 矿用履带式全液压坑道钻机进行钻孔施工，采用Φ108 mm 的D40 型套管10 m，套管壁厚为4.5 mm；采用ZQB-27/1.5 型煤矿用气动注浆泵进行注浆封孔施工。

2.4 钻孔设计

每个钻场内布置两个钻孔，钻孔均施工至3 号煤层顶板，设计工程量为216 m。每个钻孔深度为108 m，钻孔具体技术参数见表1。

表1 9107 工作面探水钻孔布置参数

2.5 钻孔施工顺序

1）钻孔开孔孔径为133 mm，施工长度为10 m，下入直径108 mm（厚度为4.5 mm）套管，套管和闸阀安装后，用直径为75 mm 的钻头，裸孔施工至终孔位置，如下页图1 所示。

图1 探水钻孔封孔平面示意图

2）固定钻机→133 mm 孔径→下入108 mm 套管→注浆→耐压试验→安装4 寸（13.3 cm）闸阀→75 mm 孔径裸孔施工至终孔→撤钻杆→安装软管→接至临时水仓。

3）采用4 寸（13.3 cm）孔口闸阀控制水量，每个钻孔安装一个1 MPa 的压力表。套管和闸阀安装后，用直径75 mm 的钻头，裸孔施工至终孔位置。

2.6 孔口管固管方式及耐压试验

孔口管直径为108 mm（厚度为4.5 mm）套管，施工长度为10 m，将孔口管使用麻绳全部缠绑后下入孔内，使套管和煤壁能够临时固定，并起到一定的封孔作用，再用水泥注浆，用3NBB3.1-15.0/6.0-2.5-1.5 型煤矿用变量泥浆泵从套管内进行全孔注浆直至孔壁有水泥浆回流，水泥、水玻璃双液浆按照1∶0.5 的比例进行配制，注浆完成后进行耐压试验，要求压力不低于2 MPa。注浆固管完毕后，孔壁达到凝固时间后，用泥浆泵在注浆管位置注水进行耐压试验，保证压力不低于2 MPa，如果存在漏水情况，需要重新进行固管。

3 实际应用效果分析

截至2021 年4 月9107 工作面已回采至800 m，通过对工作面400～800 m 处上覆3 号煤层采空区采取探放水施工后，共计放水量约为80 024 m3，与预计积水量基本相符，工作面在后期回采过上覆采空区积水区域时，顶板未出现涌水现象，局部区域出现淋水现象，实测顶板淋水量不足0.89 m3/h，对工作面回采影响不大。通过此次对上覆3 号煤层采空区进行探放水施工后，基本上消除了采空区积水对9107 工作面隐患，保证了工作面安全回采。

4 结论

采掘工作面在施工过程中受上覆采空区积水影响，很容易发生透水事故，所以采掘工作面施工前必须明确上覆积水区域、积水量及积水层间距，并根据现状采取合理有效探放水施工技术，只有这样才能从根本上消除积水隐患，杜绝透水事故发生[1-8]。本文通过对四明山煤矿9107 工作面上覆3 号煤层采空区采取合理有效的探放水施工措施后，有效保证了工作面后期安全回采，此次探放水施工满足了工作面安全高效回采需求，取得了显著应用成效。