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第 47 卷 增刊 1 煤田地质与勘探 Vol. 47 Supp.1 2019 年 9 月 COAL GEOLOGY strong impact pressuer; low drain lane; drain hole 在煤炭开采中，因受冲击地压的影响，给煤矿 防治水工作带来相当大的困难[1-3]。随着煤炭开采向 深部拓展，鄂尔多斯盆地彬长矿区面临着冲击地压 问题[4-6]，工作面回采过程中，容易造成水害事故。 针对此问题，武谋达[7]总结了彬长矿区复合煤层联 合开采区涌水特征。韩勇[8]、题正义等[9]、乔宁[10] 针对采空区积水，开展了采空区积水危险性判定与 评价技术。盛超[11]对彬长高家堡矿井工作面底板集 中泄水巷疏排水进行了设计。李旭[12]、李瑛[11]结合 工作实践，总结了不同矿区回采工作面采空区积水 的治理经验。吴慧蕾等[14]分析了斜井过向斜构造涌 水的原因。上述研究，对煤矿开展防治水工作奠定 了基础。本文针对彬长矿区亭南煤矿在冲击地压条 件下，回采工作面受向斜构造影响，造成排水系统 ChaoXing 增刊 1 田振焘等 大采空区强冲击地压条件下低位泄水技术与应用 71 不稳定、受邻近采空区涌水威胁的问题，开展大采 空区强冲击地压条件下低位泄水技术研究与应用， 以消除邻近大采空区涌水威胁，为亭南煤矿安全生 产提供技术保障。 1 工作面概况 彬长矿区亭南煤矿 207 工作面回采长度2 260 m， 宽度 200 m。位于二盘区中部，煤矿唯一可采煤层 为 4 煤层，煤层倾角为 05，平均 3。煤层厚度 为 13.221.6 m，平均厚度为 18.3 m，平均回采厚度 为 7.5 m。207 工作面以东为大采空区，以西为未采 区，以南为轨道大巷保护煤柱，以北为井田边界， 切眼位于矿区北部边界。 2 防治水难题 亭南煤矿二盘区 204、205、206 工作面采空区 已连在一起成为一个大的采空区，与 207 工作面间 隔 30 m 煤柱。 受强冲击地压以及南玉子向斜构造影 响，207 工作面回采过向斜轴部区域期间遇到很多 防治水难题，例如排水系统易被破坏、水仓淤积等。 2.1 排水系统易遭破坏 受向斜构造影响，采空区及工作面涌水自 207 回风顺槽一侧流出。回风顺槽与邻近大采空区相隔 30 m 煤柱，受强冲击地压影响回风顺槽排水系统易 遭到破坏，威胁安全生产。 2.2 受临近采空区涌水影响 大采空区涌水自 207 回风顺槽最低点 5 号联络 巷密闭墙流出。受冲击地压影响，在 207 工作面回 采距 5 号联络巷 300 m 时 207 回风顺槽排水点需撤 离，大采空区涌水将进入工作面，威胁安全生产。 2.3 受煤粉淤积影响 过向斜轴部区域时，工作面前方有大量涌水并 夹杂大量煤粉。工作面排水点水窝以及西翼水仓淤 积严重，致使工作面及西翼直排泵房排水系统无法 正常运行，影响工作面正常回采。 3 过向斜轴部时防排水系统的设计及措施 在207工作面煤层底板以下30 m施工低位泄水 巷，在泄水巷内向大采空区及 207 工作面临时水仓 施工泄水钻孔，将大采空区涌水引至泄水巷外排。 另外，在低位泄水巷内向 207 临时水仓提前施工大 孔径泄水钻孔，待 207 工作面回采过向斜轴部后实 现工作面后方排清水。 3.1 低位泄水巷设计 207 低位泄水巷从 207 灌浆巷按方位角 260开 门口，再按方位角 180施工，后按方位角 90施工。 巷道从 207 工作面煤层底板以下 30 m 穿过， 终点位 于 206 临时水仓下方，巷道四周均为岩层。泄水巷 设计见图 1。 图 1 低位泄水巷平面布置图 Fig.1 Planar layout of the low-level water drain lane 3.2 低位泄水钻孔设计 3.2.1 钻孔位置 在二四盘区泄水巷共设计施工 8 个泄水钻孔 图 2。其中，向 206 采空区施工 6 个钻孔，向 207 临时水仓施工 2 个钻孔。钻孔深度为 2884 m。 图 2 二四盘区泄水巷泄水钻孔布设平面图 Fig.2 Plane of water drain hole layout in the drain lane of panel 24 3.2.2 钻孔结构 一级孔径 010 m， 孔径355 mm， 下放273 mm 套管壁厚10 mm； 二级孔径0 m至距终孔位置2 m， 孔径255 mm，下放219 mm 套管壁厚 10 mm；三 级孔径159 mm。钻孔具体参数及套管规格见表 1。 3.2.3 钻孔施工工艺 206-XS1206-XS6 泄水钻孔一级孔径采用 94 mm 无心钻头钻进 10.5 m，再采用159 mm、 ChaoXing 72 煤田地质与勘探 第 47 卷 255 mm、355 mm导向扩孔钻头依次进行扩孔， 下放 10 m长的273 mm无缝地质套管壁厚10 mm；二级孔 径采用94 mm无心钻头钻进距设计终孔位置2 m， 再采 用159 mm、255 mm依次进行扩孔， 下放219 mm无 缝地质套管壁厚10 mm；三级孔径采用94 mm无心钻 头钻进至采空区，再采用159 mm进行扩孔。 表 1 二四盘区泄水巷钻孔参数 Table1 Parameters of boreholes in the drain lane of panel 24 孔号 方位/ 倾角/ 孔深/m 一级孔径/mm一级套管/mm 二级孔径/mm二级套管/ mm 三级孔径/ mm 206-XS1 150 63.7 25 355 273 255 219 159 206-XS2 120 47.5 40 355 273 255 219 159 206-XS3 90 64 32 355 273 255 219 159 206-XS4 45 54.5 34 355 273 255 219 159 206-XS5 13 50 28 355 273 255 219 159 206-XS6 20 31.9 34 355 273 255 219 159 207-XS1 304 49.7 33 355 273 255 219 – 207-XS2 307 55.7 31 355 273 255 219 – 207-XS1、207-XS2 泄水钻孔一开孔径采用 94 mm 无心钻头钻进 10.5 m，再采用159 mm、 255 mm、355 mm 导向扩孔钻头依次进行扩孔，下 放 10 m 长的273 mm 无缝地质套管壁厚 10 mm； 二开孔径采用94 mm 无心钻头钻进至终孔位置， 再采用159 mm、255 mm 依次进行扩孔，下放 219 mm 无缝地质套管壁厚 10 mm，终孔位置套 管接 2 m 花管。 3.3 过向斜轴部期间采取的防排水措施 3.3.1 准备工作 a. 保证低位泄水通道畅通 低位泄水能够成功的最基本条件就是泄水通道 通畅，为此采取以下措施一是对低位泄水巷每隔 10 m 打设一组木垛，对巷道进行加固；二是在 207 工作面临时水仓门口打设木垛，保证进水通道不被 阻断；三是在钻孔孔口周围打设木垛对钻孔进行保 护，保证钻孔不被破坏和淤堵；四是在低位泄水巷 内留设钻机，为过向斜轴部区域期间透孔做准备。 b. 增加排水能力 为了保证足够的排水能力，在 207 工作面及两 顺槽排水点增加水泵及排水管路，保证排水能力充 足可靠。 一是在 207 运输顺槽泄水巷门口以外 180 m 增设排水点，安设应急潜水泵及排水管路；二是在 207 工作面及回风顺槽增设水泵和排水管路，将工 作面积水及时排至 207 运输顺槽及灌浆巷排水点外 排； 三是在 207 运输顺槽泄水巷门口向外深挖水沟， 并在水沟内增设潜水泵；四是建立二四盘区泄水巷 一期排水系统，并增设 1 趟 Φ355 mm 排水管路， 确保将泄水钻孔泄出的水及时外排。 c. 加大清淤力度 及时对水窝及水仓清淤是排水系统能够正运行 的一个重要环节。为了加大清淤力度，采取了以下 几方面措施一是在 207 运输顺槽、207 灌浆巷安 设振动筛；二是安排专门清淤队伍及时对 207 运输 顺槽及灌浆巷沉底池进行清淤；三是在工作面推采 距向斜轴部 100 m 时，对 207 临时水仓进行了再次 清淤，为工作面后方排泄清水留设通道。 3.3.2 防排水工作 a. 保排水能力 工作面过向斜轴部区域期间， 对 207 工作面、207 灌浆巷以及二四盘区临时泵的 水泵和排水管路进行及时维护，确保工作面涌水及 时外排。另外，通过加设清淤队伍对工作面、灌浆 巷进行不间断清淤，确保了水泵运行正常，涌水及 时外排。 b. 保泄水能力 工作面过向斜轴部区域时， 对 二四盘区泄水巷钻孔进行不间断透孔，确保 206 采 空区无积水；在 207 临时水仓以及孔口周围打设木 垛对钻孔进行保护，使钻孔不被破坏和淤堵，保证 泄水能力。 c.c.保水仓容积 工作面过向斜轴部区域时，对 西翼水仓进行及时清淤,保证水仓容积； 利用西翼辅 助运输巷，建造临时水仓，缓解了西翼水仓压力。 4 应用效果 4.1 低位泄水情况 206-XS1206-XS6 泄水钻孔成孔后， 最大泄水 量为 596 m3/h，过向斜轴部期间泄水量约 440 m3/h。 207-XS1、207-XS2 钻孔在工作面回采过向斜轴部 后， 最大泄水量为 480 m3/h， 正常泄水量达 320 m3/h。 低位泄水钻孔具体泄水情况见表 2。 4.2 低位泄水取得的效果 通过开展大采空区强冲击地压条件下低位泄水 ChaoXing 增刊 1 田振焘等 大采空区强冲击地压条件下低位泄水技术与应用 73 技术研究与应用，主要取得了以下认识a. 将受强 冲击地压威胁的回风顺槽排水系统成功撤除，顺利 推采过了 207 工作面向斜轴部区域，这是自建矿以 来最难回采的一段工作面；b. 工作面在过向斜轴部 区域期间，低位泄水钻孔疏放掉了 204、205、206 工作面大采空区绝大部分涌水，有很少一部分涌水 进入 207 工作面前方， 大大缓解了工作面排水压力； c. 207 工作面推采过向斜轴部区域后，工作面后方 大部分涌水通过低位泄水钻孔以清水的形式外排， 大大减小了水仓清淤压力以及严格的环保政策所带 来的压力；d. 为亭南煤水害防治减轻了压力，为该 煤矿以后的防治水工作提供了技术支持。 表 2 低位泄水钻孔泄水情况 Table 2 Drain of low-level water drainage boreholes 孔号 终孔孔径/mm 终孔水量/m3h-1 过向斜轴部期间泄水量/m3h-1 过向斜轴部后泄水量/m3h-1 206-XS1 159 72 60 206-XS2 159 80 70 206-XS3 159 90 70 206-XS4 159 60 40 206-XS5 159 160 90 206-XS6 159 142 110 207-XS1 219 170 207-XS2 219 310 450 5 结 论 a. 通过开展大采空区强冲击地压条件下低位泄 水技术研究与应用， 成功将受强冲击地压威胁的回风 顺槽排水系统撤除，增强了排水系统稳定性。 b. 低位泄水钻孔疏放掉了 204、205、206 大采 空区以及 207 工作面后方大部分涌水，极大地缓解 了工作面排水压力。 c. 受冲击地压影响，泄水巷和泄水钻孔变形严 重，泄水通道不畅，建议将低位泄水巷设在煤层底 板以下更深的层位。 d. 通过开展低位泄水技术，不仅为亭南煤矿以 后的防治水工作提供了技术支持，还为类似水文地 质条件的煤矿防治水工作积累了经验。 参考文献 [1] 钱鸣高. 煤炭的科学开采[J]. 煤炭学报， 2010， 354 529–534. 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