煤礦采煤工作面水害綜合防治技術應用

　　摘要：為消除頂板水對工作面回采的威脅，保證工作面安全回采，以漳村煤礦2205工作面水害防治為例，首先工作面地質水文情況進行分析，利用坑透對工作面異常區進行探測，根據坑透結果，利用鉆探手段對3個異常區及X10陷落柱情況進行排查，設計排水鉆孔對頂板水進行疏放，以保證工作面的安全生產。

　　本文源自西部探礦工程,2020,32(06):145-147.《西部探礦工程》(月刊)創刊于1989年，是由新疆維吾爾自治區地質礦產研究所主辦的探礦刊物。本刊為發展祖國的探礦科學技術，為西部大開發和國民經濟建設，為廣大巖土鉆掘和礦業工程技術人員服務。

　　為保證煤礦工作面采煤作業的安全性，圈定工作面后需采取有效措施，防治水害隱患，進而開展回采工作。防治措施主要包括分析礦井工作面地質條件、礦井水文地質情況，采用物探手段檢測工作面異常區域，鉆探該區域對異常情況加以驗證。疏導排放水[1,2,3,4]。因此，以漳村煤礦2205工作面為工程背景，探討礦井水害綜合防治手段，對于該礦工作面水害治理具有重要意義。

　　1、礦井工作面水文地質情況分析

　　對工作面水文地質條件進行探測，主要包括對地質構造、地表水分布、采煤作業對含水層的影響等情況進行探測。

　　1.1 地質構造勘測

　　根據2205工作面底板等高線圖，該工作面由東向西呈3°傾斜。根據工作面三維地震勘探報告，工作面切眼向東1006m位置可能存在逆斷層發育，產狀為95°∠35°、H=5m，逆斷層發育可能性無法排除。工作面切眼向東1055～1136.5m位置存在三維地震陷落柱，長短軸長度分別為110m及50m。風巷距切眼東911.8m處揭露一產狀為108°∠50°、H=0.8m的逆斷層;運巷距切眼東961.4m位置揭露一產狀為90°∠40°、H=1.4m的逆斷層，延伸至工作面中，存在落差變大的可能。

　　1.2 地表水分布

　　工作面中部地表橫穿一條淤泥河。回采工作回采后，會導致地表下陷形成裂縫。由于該河流為季節性河流，可于枯水期開采作業，定期觀測河水流量。

　　1.3 帯壓情況

　　漳村礦井井田底板標高527～623m，奧灰水標高+646m，水頭高23～119m，突水系數0.012～0.020。必須嚴格禁止對導水地質構造的無計劃揭露，采取提前治理措施，以避免奧灰突水情況。

　　1.4 工作面涌水量預計

　　2205工作面位于22采區北部，其南部為以回采完畢的2203工作面，東、西、北三面，均未開采。完成回采作業后，工作面會形成冒落裂隙帶，導通頂板Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ號含水層。依據2203工作面涌水量統計對2205工作面涌水量進行預測。2205工作面完成初采老頂垮落后，工作面會大量涌水，預計最大峰值為300m3/h，平均涌水量為200m3/h左右。

　　2、工作面地質異常區物探排查

　　采用無線電波坑透探測方法，對漳村煤礦2205工作面異常地質情況進行探測，分別在工作面切眼950～1030m處、切眼1140～1250m處、切眼1420～1520m處發現3個異常區。根據坑透探測處理結果及工作面地質及三維地震資料，對工作面異常區是否存在斷層情況進行分析，異常區區內存在斷層，在斷層的影響下，會導致較大范圍煤層破碎帶或頂板破碎帶。

　　3、工作面地質異常區鉆探排查

　　3.1 鉆探孔布設

　　結合三維地震勘探報告與工作面實際情況，以工作面坑透結果為依據，采用鉆探排查的方式，明確坑透異常區及三維地震陷落柱區域。布置間距為10m的鉆探鉆孔，以查明工作面異常區內煤層富水情況，確定是否存在直徑為10m以上的陷落柱及3m以上落差斷層。鉆探孔布設規劃設計如圖1所示。

　　圖1 鉆探孔布設平面示意圖

　　3.2 鉆探排查結果

　　在實際鉆探排查工作中，鉆孔結果如圖2所示。

　　圖2 鉆探排查結果示意圖

　　根據圖2對異常區鉆探排查結果進行分析，可知：

　　(1)一號坑透異常區

　　受到地質條件變化及鉆探排查工藝本身限制的影響，在實際鉆探排查工作中，部分區域缺少足夠控制，在實際回采作業中，需對鉆探排查進行補充。所布設的鉆探孔，在成孔之后并未出現涌水情況，可對鉆探排查范圍內的導水構造與局部富水區可能性加以排除。鉆探工作中，對一號坑透異常區勘探情況加以記錄，結合風巷與運巷的剖面圖，確定鉆探范圍內存在傾狀方向N10°E的寬緩背斜構造，該構造兩翼坡度的最大值為6°。當回采作業中，達到該寬緩背斜構造時，尤其背斜軸部位置，頂板破碎可能較高。一號異常區位置的西側存在逆斷層，風巷產狀為108°∠50°、H=0.8m;運巷產狀為90°∠40°、H=1.4m。根據鉆探探測的實際情況，工作面北部位置，斷層呈近南北向分布，產狀并未發生大的變化。工作面中南部位置，斷層方位呈西南向分布。在回采作業中，該范圍內，尤其在斷層發生產狀變化的位置，可能出現頂板破碎情況。

　　(2) X10陷落柱情況

　　鉆孔勘探中，成孔后的鉆孔均未發現涌水情況，可對鉆探范圍內存在的導水構造及局部富水區域的可能性加以基本排除。鉆孔排查范圍內不存在X10陷落柱。結合三維地震勘探報告，2205工作面中逆斷層具備發育可能，產狀為95°∠35°、H=5m。結合掘進工作中，2205工作面風巷與瓦斯巷所揭露的情況，三維地震斷層呈撓曲構造，傾角最大值16°、10m影響半徑。根據鉆探排查情況，三維地震斷層存在可能較小，若存在地震斷層，則該斷層落差在2m以下。

　　(3)二號異常區

　　受到地質條件變化及鉆探探測自身工藝限制的影響，本次探測中存在部分缺乏控制的區域，需在回采作業之前，對探測工作加以補充。鉆探工作中，無論運巷還是瓦斯巷，鉆孔成孔之后，均未出現涌水情況，可對鉆探排查范圍內導水構造與局部富水區存在的可能基本排除。結合鉆探傾角，二號異常區傾角由兩側向中間下降，整體呈現出凹陷狀態。

　　(4)三號異常區

　　對應鉆孔具體位置，受運巷及瓦斯巷受到現場條件與鉆探勘查工藝本身的影響，根據鉆孔終孔深度與揭煤位置，可對鉆探范圍內的陷落柱及3m以上落差斷層的存在基本排除，但無法對探測范圍內存在的夾矸透鏡體發育情況與煤層起伏變化可能加以排除。鉆探勘查過程中，無論運巷還是瓦斯巷，鉆孔成孔之后，均未出現涌水情況，可對鉆探排查范圍內導水構造與局部富水區存在的可能基本排除。

　　4、上覆巖層水疏放

　　計算過程中，平均煤厚為6m，按照煤厚的15倍計算經驗公式，該工作面存在90m高的導水裂隙帶。對2205工作面內漳-71鉆孔、漳-39、漳-42鉆孔資料進行分析，工作面以上Ⅶ號含水層下距煤層頂面1.54～4.1m存在6.2～8.3m厚度的含水層，存在灰白色中、細粒砂巖;Ⅷ含水層下，與煤層頂面之間存在14.45～45.2m的距離，存在0.85～1.6m厚度的含水層，存在灰色細粒砂巖;Ⅸ號含水層與煤層頂面之間相距65.8～72.7m，有1.9～11m厚度的含水層，灰白色中、細粒砂巖;Ⅹ號含水層與煤層頂面相距101.2～122.9m，有1.6～4.1m厚度的含水層，灰白色中粒砂巖。根據含水層及砂巖情況進行分析，在回采作業中，含水層所包含的砂巖層及煤層以上的含水層，會對工作面水源起到補充作用。為減少老頂初垮時的涌水量，應提前打設鉆孔疏放煤層頂板水，為回采作業安全提供保障。

　　4.1 鉆孔布設設計

　　開展探查工作的目的在于減少工作面初采工作中的涌水量，對2205工作面3號煤頂板含水層及砂巖層含水進行疏放。鉆探工作中，鉆孔平面布設如圖3所示。

　　圖3 頂板含水疏放鉆孔布設示意圖

　　4.2 施工成果

　　對2205工作面頂板含水進行疏放施工時，施工鉆孔12處，共計2791m，下套管201.4m，每個鉆孔平均下套管16.7833m。施工的鉆孔中有11個鉆孔基本無涌水情況，僅C-2號孔涌出較多水，因而，需將觀測重點放在C-2號孔，并做好涌水情況觀測信息收集與記錄。當C-2號鉆孔涌水量下降至穩定狀態，則可對2205工作面進行回采作業。

　　5、結語

　　經過以上處理，對2205工作面水害情況加以基本排除，可對工作面進行回采作業。本次主要針對單一案例分析，考慮到不同地質條件、不同水文條件下的工作面水害情況各據差異，在實際放置水害的過程中，應有針對性地采取相應措施完成水文地質勘察工作，采取不同的水害防治措施。

　　參考文獻：

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　　[4]夏新川,熊化云.白集煤礦急傾斜采煤工作面頂板水害治理[J].江蘇煤炭,2001(1):22-23.