1、老空水防治(专题部分)老空水防治前言煤矿水害是与瓦斯、火灾、粉尘、动力地质灾害并列的矿山建设与生产过程中的五大安全灾害之一。长期以来，因为煤矿水害而给国家和人民带来的经济损失和人身伤亡极为严重。特别是近年来，随着煤炭工业的迅速发展，煤炭资源开发生产的深度在不断加大，采煤工作面的空间尺度在不断增加，矿井采掘速度和采掘机械化程度明显提高，这种高产高效的生产管理方式对防治水害安全技术的要求也越来越高。随着煤矿开采方式，开采深度和工作面开采空间尺度的变化，水害产生的条件、威胁程度，以及水害形成的机理都在发生着很大的变化。探索、应用和推广适应新的矿井采掘条件下的水害防治技术与方法，对于体现以人为本理念、
2、实现安全高效生产具有重要意义。摘要本专题提出了老空水的危害性，就老空水的防治的技术途径做了详细的说明，钻探，物探结合实例阐述国内外防治新技术，用“气球爆炸”理论和能量释放理论描述老空水防治，对老空水的探放提出了若干技术关键。关键词：防治技术 钻探 物探 气球爆炸 能量释放AbstractThis project put forward the harmfulness of old empty water, The prevention and control of water is old empty the technical ways to do a detailed explanatio
3、n, Drilling, geophysical prospecting examples and new technology at home and abroad, Use balloon explosion theory and the theory of energy release old empty water control, describing，The agent of old empty water to put forward some key technologies.Key word: Prevention and control technology Drillin
4、g Geophysical The balloon burst The release of energy1 提出专题2005年8月7日发生在广东兴宁大兴矿的新中国成立以来最大的煤矿水害事故（从人员伤亡角度）是由于采矿引起煤层严重抽冒，继而破坏防水煤柱，致使老窑水溃入矿坑酿成121人死亡的惨痛灾难。发生在吉林蛟河腾达煤矿、山西陵川关岭山煤矿、徐州旗山矿及山西大同左云县张家场乡新井煤矿的水害事故也均是由于老空水防治不当引起，最近的山西王家岭煤矿透水事故仍历历在目，时刻给我们广大采矿学着敲着警钟。此处，本人表述一些关于老空水防治的方法，望读者批评、指正。2防治老空水技术途径2.1老空水的来源老空水
5、水害的水源是古井、小窑、废巷及采空区积水，水源通过采掘工作面接近或沟通时，老空水进入巷道或工作面的方式进入矿井。2.2防治老空水技术途径2.2.1老空水赋存特点1)老空水的赋存具有分布规律不易掌握却带有灾难性特点。即使是防治人员亲身经历的自采自掘巷道,有准确的测绘资料,但也存在记录不准、漏记盲巷和巷道以外冒顶挡水、邻近采动造成沉陷重新积水的现象。2)老空水水体大小计算具有不准确性。采空区和盲巷顶板冒落后内部空间的大小与采空区面积比值,都是各矿多年的经验值,计算出积存的水体都是一个大概数据。3)老空积水具有分散、孤立和隐蔽的特点。水体空间分布的形态非常复杂,老空水的边缘、积水形状是变化多端的。具
6、体搞清水体的空间分布是一个非常困难的问题。4)老空水探放后,但如何确定老空是否存在积水,至今没有非常直观、明了的手段。2.2.2老空水的危害性积存在煤层采空区和废弃巷道中的水,尤其是时间长、资料缺乏的这种老空水,是煤矿防治水中最危险的水患之一,因各种各样的问题,在本应不积水的地点也以外地积存了或多或少的水体,即使老空水几十吨,甚至仅有几吨,一旦溃出,轻则冲毁巷道造成经济损失,重则造成人员伤亡。2.2.3防治老空水技术途径1)杜绝麻痹侥幸心理避免疏忽大意由于老空水水体大小、范围具有不易掌握和带有灾害性的特点,一旦放松警惕,很简单的问题也会造成惨痛的水害事故。首先从思想上重视,坚持“全面分析,逐头
7、逐面排查,随采掘计划做到月度排查、季度分析、年度统筹规划”,多找疑点,坚持执行有疑必探的原则。2)全面分析老空积水地点的地质资料做到知己知彼缺乏地质资料是造成防治老空水难度大、易发生水害的主要原因。对老空积水地点的地质资料要进行全面系统分析和正确使用,是防治这类水害事故的一个重要环节。因此,不论大矿还是小矿,只要从事采掘活动,就必须要求积累准确系统的测绘资料,并作好校对审核工作,标明填图测绘日期,这是治理此类水害的基础。3)制定合理有效的探放对策探放老空水是一项非常复杂、繁琐的工程,作为分管安全的领导和技术负责人必须掌握本矿井及周边小煤矿老空积水的分布情况,组织有关人员编制矿井充水性图、老空积
8、水分布图等相关图件,全盘安排开拓布署。例如,当老空积水与地表积水、强含水层具有水力联系时,应从防治绕流和渗漏的角度出发,采取“先隔后放”的原则,避开地表水和强含水层的威胁;在只有采取探放水方法才能查明老空积水的情况下,要考虑设置防水闸门、安全出口、排放瓦斯和流水的具体路线和措施,确定放水量和放水量时间。4)严密组织探放水掘进老空积水具有分散、孤立和隐蔽的特点,水体空间分布的形态非常复杂,防治老空水唯一手段就是探水掘进。在有足够帮距、超前距和控制密度的钻孔掩护下,掘进巷道逐步接近它。然后利用钻孔将老空水放出。在布置钻孔时应根据积水层赋存条件和巷道之间关系,钻孔在巷道的前方、两帮和顶底板都要布置,
9、保证有足够的超前距离和密度,防止漏过老空。在布置钻孔时,应注意如下问题:(1)探放水钻孔的方位、倾角、深度、要专门组织人员验收,并连同钻孔穿过的煤层、顶底板岩层深度和长度填绘在大比例尺的探水图上。(2)探放水钻孔必须安装水门和防喷、反压装置,钻探前要进行耐压试验。(3)探放水地点要有安全避灾路线,并设有电话和照明。（4）严格煤矿操作规程、煤矿安全规程操作。5）及时查明探放结果确保老空无水许多老空水害案例表明,虽然老空水已进行了探放,但由于积水区底部淤泥煤粉等杂物的沉积,对放水孔造成阻塞,钻孔不搅动不出水,造成积水大部分已经放尽的假象。防止发生类似事故的措施:在放水钻孔周围补打钻孔进行验证,保证
10、在平面和剖面上都不漏掉积水区。3钻探、物探相结合实例老空水的探放工作量大,尤其是探放水掘进,既耗费工时又影响掘进。应积极采用物探手段,锁定积水区,减少探放水工作量,开展探放水孔顶端的孔隙透视,以减少钻孔密度。但物探仅是辅助手段,物探资料要以钻孔验证。资源枯竭是衰老矿井可持续性发展的制约因素,为了实现精采细收,延长矿井服务年限,对矿井生产中留下的各种保安煤柱进行安全开采很有必要。平煤集团高庄矿历经几十年的开采,资源严重枯竭。为了回收煤炭资源,该矿对大面积老空水三面包围中的大巷下山煤柱进行了安全开采,为煤矿综合防治水工作提供了新的技术措施。3.1水文地质概况高庄矿位于平项山市石龙区境内,韩梁矿区中
11、部。该矿己四大巷下山煤柱位于高庄井田己四采区,煤柱北部为下山段,该段被24110、24130、24150、24170条带、24160、24140、24120等工作面包围,且上述工作面都已回采完毕。来自顶板砂岩水、断层水、底板水、火成岩裂隙水及南部大庄矿老空区水补给,形成大面积采空区积水,积水面积约189900m,积水量约63250m。各采空区积水情况见表1。各处采空区积水水力联系差异较大,表现出己四采区上部水力联系不明显、下部水力联系显著的特征。表1高庄矿己四采区各采空区积水情况 工作面名称积水面积/ m积水量/ m240112470080002405214000470024090104003
12、5002411028009502413012000400024170条带19000630024170条带260008800241405100017000241603000010000合计189900632503.2大巷下山煤柱段开采技术条件己四大巷下山煤柱位于己四采区中部,煤柱长1570m,宽160m,面积251200 m,平均煤厚3.46m,工业储量116.5万t,按照60%回收率和15%的地损系数计算,可采储量59.4万t。煤层伪顶为深灰色泥岩,分布极不稳定;直接顶板为砂质泥岩,分布稳定,老顶为石英砂岩,较厚,裂隙比较发育,局部富含水;直接底板为深灰色泥岩,老底为深灰色砂质泥岩,遇水易膨胀
13、变软。矿山地压活动明显,在采掘工作面及己四大巷下山煤柱附近,巷道压力明显增大。大巷两侧煤层已经开采,矿压应力集中,巷道变形快。3.3“气球爆炸”理论煤层顶板主要由砂岩、砂质泥岩、泥岩组成,煤层采出后,顶板冒落,冒落岩石形成孔隙介质。泥岩层跨落后再次形成隔水层,在特殊地段形成“锅底”状,当锅底四周被煤柱等隔水层包围,上部有水源通道情况下,易形成“球状”水体。采掘工作面经过水体附近,如果对水体进行探放水,一旦钻孔钻透隔水层(气球壁),水体压力立刻释放,冲破隔水层,大量老空水涌入工作面,造成突水事故。这就是老空区积水的“气球爆炸”理论。己四大巷下山煤柱段受三个方向大面积老空水包围,在向斜轴部或者地堑
14、构造附近容易形成这种球状水体。在该处进行探放水时不能采用常规方法,必须采用分段疏水降压的方法。3.4大巷下山煤柱段开采中的防治水技术3.4.1煤柱段开采方案将大巷下山煤柱段设计3个工作面,分别为大巷煤柱65巷煤柱3#面,圈定储量34.3万t。工作面布置设计技术参数见表2。表2大巷下山煤柱工作面布置设计技术参数工作面编号工作面参数走向/m采长/m煤厚/m储量/万t己四大巷下山煤柱1#采面2201003.08.2己四大巷下山煤柱2#采面3831173.015.8己四大巷下山煤柱3#采面2501103.010.3合计34.33.4.2采空区积水的防治措施己四采区采空区积水的防治采用综合治理的办法。机
15、巷利用24142工作面经过改造后的排水系统继续抽排水,风巷首先在停采线以外的位置掘进一个环形水仓蓄水,出水点的涌水通过挖沟、埋水槽的方法引水,巷道顶板淋水则通过搭棚背顶控水,将巷道内漫流的水集中引入环形水仓进行抽排,确保巷道内不存在积水现象,同时为了避免24150、24160、24170老空水紧撵采面,在集中机巷末端打两道防水闸墙,在中间巷末端打一道防水闸墙,原来24172联络巷排水点、24160机巷排水点撤离,通过打防水闸墙将老空水按指定路线即沿24142停采线处流进新的排水点。开采之前在己四集中机巷和己四总回风巷东、西翼各掘进一条探水巷道专巷排水。东翼在己四总回风巷内开口沿24170采空区掘进,西翼在己四集中机巷开口沿24160采空区掘进;探水巷均沿底板掘进,迎头必须处于标高最低位置。东翼有一向斜构造迎头处于向斜轴部,根据老空区积水“气球爆炸”理论,认为此处老空区积水并不一定是均匀分布,局部可能出现近似球状体,尤其是饱和状态下冒落岩石含水体对周围隔水层压强大,一旦受到外力刺穿很小一个洞,该水体将会以极快的速度涌出隔水层,进入采动
