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老空水透水机理及防护措施、预兆、现象及防探水技术要点1老空水概述老空水的防治技术老空是指采空区、老窑和已经报废井的总称，在上述区域和积水，统称为老空水。老空水积存于生产开拓水平以上，以静储量为主，水量集中，一旦揭露突然溃出，具有很大的冲击力和破坏力，对人身安全危害极大。对排水能力较小的矿井，还容易造成淹井。防治的原则是“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”，坚持不探明、不放净、不回采。矿井要定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃老窑情况，并在井上、下对照图和矿井充水性图上标出其井田位置、开采范围、开采年限、积水情况。在采掘工程平面图和矿井充水性图上必须标绘出积水的井巷及采空区的积水范围、底板标高和积水量等。在水淹区域应当标出探水线的位置。首先分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压，进行探放水设计。探放水钻孔的布设，应当钻入老空水体，成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形，钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5m。探放老空积水的超前钻距，根据水压、煤（岩）层厚度和强度及安全措施等情况确定，但最小水平钻距不得小于30m，止水套管长度不得小于10m。要监视放水全过程，设专人临测钻孔出水情况，测定水量和水压，做好记录，并核对放水量，直到放完为止。切实掌握积水水位下降缓慢或只放不降等异常，必须查找原因。对另有水源补给者，必须先封堵水源，尔后再进行放水，对可能存在的“孤立区”或“滞流区”应通过分析补打钻处理。老空水探放应当估计积水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水量，防止淹井。按采空区形成与矿井开拓在时间上的先后关系，井田范围内的采空区分为两类，开拓前已存在的老窑和本矿正常回采形成的采空区。1.1老窑指在本矿井开拓前已存在的煤层采空区或由于涌水量过大等原因而停采已久的老井或巷道。其主要特征是：因缺乏相应的地质、开拓图件等资料，造成老窑分布状况及积水情况不明；空间形状不规则；多数废弃已久，积水量大，且酸性很强；限于小煤窑的开采技术，老窑多数位于井田浅部，易与地表水体或松散层水体发生联系。1.2本矿井正常回采形成的采空区采面正常推进后形成的采空区。其主要特征是：分布情况明确，能在矿井充水性图上直接反映；空间形状多数为规则的薄板状长方体；可位于井田浅部或深部。2老空积水的原因煤矿开采的主要作业环节为开掘井巷和回采煤层，在此过程中必然形成一定的地下空间。同时由于采掘工程不可避免地要接近、揭露某些含水层（体），因此当这些作业场所处于含水层（体）的水位以下而承受一定的静水压力时，水就会失去原有的平衡条件而涌入井巷或采场。待采动过后一定时间，就形成了老采空区积水。煤层开采后，工作面采空区上覆岩层将产生移动、破坏。按岩层破坏后岩块的块度、排列方式、连续性及透水透泥砂能力等，可将其分为三带：自下而上依次为冒落带、裂缝带、弯曲带。大量观测及生产实践表明，弯曲带岩层基本不具有导水性且一般情况下还可作为水体下采煤时的保护层。而裂缝带与冒落带岩层由于具有大量裂隙或破碎成块，当其联通上覆含水层时，易成为水体下渗的良好通道。故常把此两带合称为导水裂隙带。A—煤壁支撑影响区B—离层区C—重新压实区Ⅰ—冒落带Ⅱ—裂隙带Ⅲ—弯曲下沉带图一采动覆岩三带当煤层开采后形成的导水裂隙带波及甚至进入上覆含水层（体）时，就可能使水体向下流入采空区而使其大量积水。同时在采动的影响之下，地表往往发生沉陷，尤其是煤层赋存较浅又有地下水作用时更为明显。由于沉陷导致的塌陷和裂缝往往是降雨或河水灌入井下的通道，易造成采空区的积水。早期的小井或老窑多位于井田浅部，因而易于通过地表裂缝沟通水体，形成老窑积水。采动引起顶板岩层移动只是采空区积水的成因之一，也是水体下采煤时的主要障碍。其他因素如工作面进入导水钻孔区域范围或生产采区内有未查明的含水断层、陷落柱也能造成采空区大量积水。此外，采动造成煤层底板破坏也会使含水层的水沿一定的导水构造充入采空区而形成大量积水。3老空水的特点老空积水征兆比较明显。由于积水多年，水量补给量较差，一般属于“死水”，并且水中溶解了许多杂质。含铁杂质能使水变成红色，含硫化氢的水就能发出臭鸡蛋味，含酸性杂质的水就发涩，所以，老空积水透水前一般都出现煤壁或巷道“挂红”、酸性大、水味发涩和臭鸡蛋味。目前，我国煤矿常见的透水事故多为老空积水所致。其特点如下：①老空积水虽然在一般情况下水量补给量较少，但由于其范围广，采掘工作经常与其接触，并多在采掘作业地点的上方，因此具有水量多、压力大的特点，而且不容易察觉出来。②透水时常常伴随着大量硫化氢、二氧化碳和瓦斯等有害气体逸出，发生使人窒息、中毒甚至死亡的意外事故。③老空积水一般酸性大，对金属制品具有强烈的腐蚀作用，能腐蚀钢轨、钢缆绳、水泵、水管和金属支架等，严重时使部分机电设备无法使用。④目前许多个体小煤窑在国有矿区、大煤矿浅部常年开采，乱采乱掘，有的甚至超层越界非法进行采掘活动，造成许多采空区，积聚大量积水，而这些情况往往又无技术资料可查。所以，近几年大矿区采掘工作面透小煤窑遗留的老空积水造成的透水事故经常发生，或者各个小煤窑相互贯通，一矿透水殃及他矿。4老空水水害的防治3.1留设防隔水煤（岩）柱①巷道在水淹区下或老窑积水区下掘进时，巷道与水体之间的最小距离，不得小于巷道高度的10倍。②在水淹区下或老窑积水区下同一煤层中进行开采时，若水淹区或老窑积水区的界线已基本查明，防隔水煤（岩）柱的尺寸应当按可参照下列经验公式计算：mKpKML2035.0P式中L--煤柱留设的宽度，m；K--安全系数，一般取2-5；M--煤层厚度或采高，m；p--水头压力，MPa；Kp--煤的抗拉强度，MPa。③在水淹区下或老窑积水区下的煤层中进行回采时，防隔水煤（岩）柱的尺寸，不得小于导水裂缝带最大高度与保护带高度之和。3.2老空水探放老空水的探放应当使用专用钻机、由专业人员和专职队伍进行施工。严禁使用煤电钻等非专用探放水设备进行探放水。3.2.1探放老空水的原则探放老空水前，应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上，并遵循下述探放老空水的具体原则。(1)积极探放:当老空区不在河沟或重要建筑物下面、排放老空区内积水不会过分加重矿井排水负担、且积水区之下又有大量的煤炭资源急待开采时，这部分积水应千方百计地放出来，以彻底解除水患。(2)先隔离后探放:与地表水有密切水力联系且雨季可能接受大量补充的老空水；老空的积水量较大，水质不好（酸性大），为避免负担长期排水费用，对这种积水区应先设法隔断或减少其补给水量，然后再进行探水，若隔断水源有困难无法进行有效的探放，则应留设煤岩柱与生产区隔开，待到矿井生产后期再进行处理。(3)先降压后探放:对水量大、水压高的积水区，应先从顶、底板岩层打穿层放水孔，把水压降下来，然后再沿煤层打探水钻孔。(4)先堵后探放:当老空区为强含水层水或其它大小水源水所淹没，出水点有很大的补给量时，一般应先封堵出水点，而后再探放水。3.2.2探放老空水小煤窑、老窑、本矿井采空区及废巷中的积水，其几何形状极不规则，积水量大者可达数百万立方米，一旦采掘工作面接近或揭露它们时，常常造成突水淹井及人身伤亡事故，故必须预先进行探放老空水。采掘工作面探水前，应当编制探放水设计，确定探水警戒线，并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。3.2.2.1探放水工程设计内容(1)探放水巷道推进的工作面和周围的水文地质条件，如老空积水范围、积水量、确切的水头高度（水压）、正常涌水量，老空与上、下采空区、相邻积水区、地表河流、建筑物及断层构造的关系等，以及积水区与其它含水层的水力联系程度。(2)探放水巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式。(3)探放水钻孔组数、个数、方向、角度、深度和施工技术要求及采用的超前距与帮距。(4)探放水施工与掘进工作的安全规定。(5)受水威胁地区信号联系和避灾路线的确定。(6)通风措施和瓦斯检查制度。(7)防排水设施，如水闸门、水闸墙等的设计以及水仓、水泵、管路和水沟等排水系统及能力的具体安排。(8)水情及避灾联系汇报制度和灾害处理措施。(9)附老空位置及积水区与现采区的关系图、探放水孔布置的平面图和剖面图等。3.2.2.2探放老空水钻孔布置⑴探放老空水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形，钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5m。⑵探放老空积水的超前钻距，根据水压、煤（岩）层厚度和强度及安全措施等情况确定，但最小水平钻距不得小于30m，止水套管长度不得小于10m。⑶探水钻孔除兼作堵水或者疏水用的钻孔外，终孔孔径一般不得大于75mm。3.2.2.3探放老空水钻孔孔口安全装置探放水钻孔应安设孔口安全装置。孔口安全装置由孔口管、泄水测压三通、孔口水门和钻杆逆止阀(必要时安装)等组成。⑴孔口管的安装与固定：开孔孔径应大于孔口管直径1～2级，钻至预定深度后，将孔内冲洗干净。注浆使孔口管(管周围应焊扶正肋骨片)与孔壁间允满水泥浆。待孔口管周围水泥浆凝固后扫孔，扫孔深度应超过孔口管长度0．5m。扫孔后对孔口管必须进行耐压试验。试验压力应大于预计水压并稳定30min后，孔口管周围不漏水时，方可钻进。孔口管长度不得小于10m。节理裂隙发育，岩石松软或破碎，无条件另选放水地点时，应注浆加固后，再安设孔口管。⑵需要收集放水时的水量、水压等资料，在孔口管上安装水压表、水门(闸门)和汇水短管等。⑶水压大于1.5MPa时，采用反压和有防喷装置的方法钻进，并制定防止孔口管和煤（岩）壁突然鼓出的措施。3.2.2.3探放老空水防水技术要求⑴根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水量，防止淹井。⑵要监视放水全过程，设专人临测钻孔出水情况，测定水量和水压，做好记录，并核对放水量，直到放完为止。与预计积水量有误差，要查明原因。⑶加强放水地点的通风，增加有害气体的观测次数。