顶部泄水孔施工技术在 煤矿采空区巷道淋水治理中的应用

文/柴茂嘉，义马煤业（集团）孟津煤矿有限责任公司

1 引言

针对煤矿开采面积及深度的不断增加，采空区积水成为影响煤炭安全生产的重大隐患，科学、合理有效的疏放采空区积水为防治采空区突水的关键。孟津煤矿属于水文地质类型复杂型矿井，11011工作面2013年曾发生突水事故，最大突水量1780m³/h，持续时间一年，累计出水量1638万m³。10采区轨道上山设计长度1749.9m，其中715～962m区段需沿11011工作面采空区轨道顺槽底板下8～20m层位掘进。巷道在掘进至715～779.7m区段时顶板出现淋水,淋水量1～3m³/h，淋水来源于巷道上部原11011工作面采空区内的积水，解决巷道顶部淋水的关键是如何治理顶部采空区内的积水。经过不断摸索和实验，通过向巷道上部采空区内施工泄水钻孔将采空区内的积水引流至巷道水沟内排出巷道，消除巷道顶部淋水及淋水对巷道支护材料的腐蚀，达到治理巷道顶部淋水的目的，从而掩护巷道安全掘进施工。

2 顶部泄水孔施工设计方案

2.1 顶部泄水孔施工布置

针对10采区轨道上山顶部淋水区域（715～779.7m段），在该区段采空区内共布置了3个泄水孔，3个泄水孔在1#钻场内进行施工，钻孔平面上以半扇形成组布置，设计剖面图和平面图详见图1、图2。

2.2 顶部泄水孔施工参数确定

由于该采空区积水水压小于0.1MPa，参照《煤矿防治水细则》中对老空水探查的规定要求进行确定，地质套管下设长度为10m。为保证泄水孔均匀布置在淋水区域内终孔间距经计算按21.6m进行选择，泄水孔需打穿巷道顶板进入上部采空区内，终孔直径Ф75m m，钻孔编号由小到大、由近及远的施工顺序进行施工。详细钻孔设计参数见表1：

表1 顶部泄水孔设计参数表

3 顶部泄水孔施工技术

3.1 开孔

按照顶部泄水孔设计参数利用Ф127mm金刚石三翼钻头进行开孔，施工1m后孔口安装瓦斯防喷装置并通过抽放软管与主抽放管路进行连接，防止采空区内有毒有害气体涌出事故发生。

3.2 止水套管段施工技术

钻孔钻进长度超过止水套管设计长度2m后，向钻孔内进行压水冲孔，冲孔时间不低于30min，将孔内的沉积岩粉冲洗干净。冲孔完成后按照设计长度进行止水套管下设工作，套管下至设计深度后用纯水泥浆进行固管，固管浆液按照水灰比1：0.7～1:1.5、比重1.5～1.65进行配置，利用井下移动注浆泵吸浆并加压到1MPa通过孔口注浆阀向孔内进行压浆，待孔壁泄压阀不再返清水后停止注浆，等待30分钟后再次向孔内压浆直至孔壁泄压阀返稠浆，关闭注浆闸阀，注浆固管完成。

3.3 终孔段施工技术

顶部泄水孔采用Ф75mm金刚石三翼钻头进行终孔钻进，终孔段施工钻进前，在孔口瓦斯防喷装置上加装“两通盖板”，其中一个支管通过软管与主抽放管路连接，以便对采空区内瓦斯及其他有毒有害气体进行抽排；另一个支管经软管延伸至巷道排水沟，以便对采空区内的积水进行引流。终孔段施工钻进时每班必须有安检员在顶部泄水孔施工地点进行现场监督，并有专职瓦检员在现场对孔口空气成分进行检测，发现异常及时采取相关措施以确保钻孔终孔段施工安全。

4 顶部泄水孔施工成果

3个顶部泄水孔均按照设计要求进行了施工，泄水1#孔在21m处进入采空区出水0.5m³/h直至终孔28m水量未见增加；泄水2#孔在终孔45m处进入采空区并出水1m³/h；泄水3#孔施工至终孔66m未见出水。详细施工成果参数见表2：

表2 顶部泄水孔施工成果表

根据此次施工成果，泄水1#孔和泄水2#孔均在设计位置出水可作为巷道淋水治理泄水孔使用；泄水3#孔终孔位置在原11011工作面停采线附近进入了实体岩层且孔内未出水不能用作泄水钻孔，对该孔采用纯水泥浆（水灰比1:1），封孔注浆压力1Mpa进行封孔。

5 顶部泄水孔成果应用及采空区巷道淋水治理效果

5.1 顶部泄水孔成果应用

此次顶部泄水孔钻探成果泄水1#孔和泄水2#孔均探查到了采空区积水区域，通过地面加工“泄水孔孔口放水装置”将两个泄水钻孔孔口进行连接，采空区内的有毒有害气体经抽放管路接口处被抽出，采空区内的积水经泄水管路引流至巷道水沟排出。待泄水管路不再有水排出则表明巷道顶部采空区内积水放水完成，放水完成后分别对两个泄水孔进行注浆封孔，先向孔内注入水泥和黏土混合浆，注浆扩散半径按20m计算、注浆厚度按0.4m计算，每个钻孔注混合浆约502.4m³，浆液比重按照1.22计算，单孔注浆干料量约150t，注水泥和黏土混合浆的目的是通过钻孔浆液扩散封堵采空区底部淋水区域的裂隙而彻底堵上淋水通道。最终两个钻孔经扫孔后采用纯水泥浆（水灰比1:1），封孔注浆压力1Mpa进行封孔。

5.2 采空区巷道淋水治理效果

经过顶部泄水钻孔对10采区轨道上山上部采空区内积水的引流和疏放，以及通过钻孔注水泥和黏土混合浆的方式对淋水区域裂隙的封堵，使10采区轨道上山巷道顶部的淋水得到了彻底的治理，治理后巷道顶部不再淋水，效果十分显著。

6 结论

1）应用结果表明，采用顶部泄水孔施工技术能够有效的探查采空区内的积水情况、积水位置，探查成果较为明显。

2）通过应用顶部泄水孔施工技术，对采空区内的积水经过泄水钻孔进行引流，有效的治理了采空区巷道淋水的难题、解除了巷道的水患威胁、消除了淋水对巷道支护材料的腐蚀、保证了巷道的安全掘进。