萬年礦下組煤首采工作面綜合防治水技術(shù)研究與應(yīng)用

趙冬雪 王金杰

冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司萬年礦 河北省 056302

隨著我礦開采年限的增加，2號煤層可采儲量頻臨枯竭，因此開采9號煤層提高我礦可采儲量、延長服務(wù)年限重中之重的工作，開采9號煤層首要解決技術(shù)問題是對影響開采的各種水害威脅進(jìn)行分析研究與治理。

一、13902工作面概況

13902工作面位于±0北翼采區(qū)，南為北翼軌道大巷，西鄰武安莊晏雙增煤礦和13226工作面采空區(qū)，東為F6號斷層，北為萬年礦上覆2號煤層13227采空區(qū)。工作面走向長497m，傾斜長100m，煤層平均厚度2.0m，工作面與上覆2號、4號煤層間距分別為90m、60m。工作面可采儲量約18萬噸。該工作面為我礦開采-50m以淺下組煤的首采工作面。

13902工作面地面位于地面位我礦工業(yè)廣場北側(cè)，以農(nóng)田為主，無較大建筑物。本區(qū)工作面開采煤層為9號煤（下架煤），煤層較穩(wěn)定，煤層傾向320?～340?，傾角1?～5?，平均3?，工作面煤層底板標(biāo)高-26m～ -48m。工作面外側(cè)主要有F6（H=60m）、F6-2（H=8m）兩條斷層。 二、水害分析

經(jīng)過對本區(qū)開采9號煤層的水文地質(zhì)條件分析，13902工作面開采所受的主要水害威脅為：小煤礦采空區(qū)積水、大青灰?guī)r含水層、奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層。

1、小煤礦采空區(qū)積水水害威脅：巷道布置在莊晏小煤礦開采范圍內(nèi)，對小煤礦調(diào)查的原始資料查閱，小煤礦開采到4號煤層；由于小煤礦在生產(chǎn)中無原則性越界、越層亂采及虛報(bào)、瞞報(bào)生產(chǎn)資料，甚至有些開采工程根本無資料，因此在本區(qū)域開采9號煤層存在小煤礦老空水水害威脅。

2、大青灰?guī)r含水層：含水層厚度4.52m。裂隙發(fā)育，為9#煤間接底板，下距9#煤3.0m左右。富水性不均勻，局部富水性強(qiáng)，由于本區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，可能與奧陶系灰?guī)r含水層水力聯(lián)系密切，所以會(huì)對工作面開采造成一定程度的影響。根據(jù)《萬年礦-50m以淺下組煤開采水文地質(zhì)條件評價(jià)報(bào)告》，由于首采工作面大部分位于奧灰水位以上，參照局部含有殘存水的伏青灰?guī)r涌水量估算方法，揭露大青灰?guī)r的涌水量0.5—1.0m?/min，對掘進(jìn)回采無威脅，但要增加排水量。

3、奧陶系灰?guī)r含水層：含水層厚度約70～230m，位于9#煤層下部，該含水層富水性強(qiáng)，本區(qū)奧灰頂面距9#煤底板隔水層一般厚度20m左右。經(jīng)過對工作面附近W11、W15的水位觀測，水位標(biāo)高-25m左右，工作面最低標(biāo)高-48m，通過計(jì)算其底板最大突水系數(shù)為0.0215，（T=P/Ha=0.43/20=0.0215）。雖然突水系數(shù)小于0.06MPa/m，但9#煤層于奧灰強(qiáng)含水層之間的隔水層厚度小（僅20m左右），在掘進(jìn)及回采中受礦壓影響，小斷層、裂隙活化，存在奧灰水涌入巷道或工作面威脅。

二、下組煤開采水害防治的工作思路

開采井田淺部9號煤層面臨的防治水技術(shù)問題主要是：查清小煤礦開采范圍及開采層位，健全排水系統(tǒng)，建全井下含水層水位觀測系統(tǒng)，建立水文觀測網(wǎng)絡(luò)，并與開掘工作面超前探水和回采工作面采前地板水文地質(zhì)探查及底板注漿相結(jié)合，對掘進(jìn)工作面超前探測小煤礦采空區(qū)及導(dǎo)水構(gòu)造工作，分析工作面水文地質(zhì)條件，采前評價(jià)對底板進(jìn)行注漿加固，落實(shí)水害治理措施后在進(jìn)行安全回采。

三、防治水措施具體實(shí)施

1、開采9號煤無疑會(huì)增加我礦±0水平北正巷涌水量，基于我礦目前北正巷水溝排水能力富余量已經(jīng)不大，因此開采9號煤之前提前將±0水平北副巷水溝挖通，保證掘進(jìn)及回采前可以正常排水。

2、在出煤及運(yùn)輸兩條巷道施工水閘門并經(jīng)嚴(yán)格試壓驗(yàn)收。將其9號煤隔離開采，以防在水患發(fā)生時(shí)，能夠使礦井分區(qū)隔離，縮小災(zāi)情影響范圍，控制水勢危害，確保礦井安全。

3、13902工作面掘進(jìn)中加強(qiáng)對底板導(dǎo)水構(gòu)造及小煤礦采空區(qū)的探查。查閱原始資料及地面調(diào)查相結(jié)合的方式確定積水線、探水線、警戒線；依據(jù)本區(qū)域2號煤層已有的地質(zhì)資料分析9號煤層地質(zhì)構(gòu)造；掘進(jìn)中采取超前探水措施，堅(jiān)持“逢掘必探、先探后掘”原則，物探與鉆探相結(jié)合的方式探清掘進(jìn)前方無水害隱患后再掘進(jìn)至允許掘進(jìn)位置進(jìn)行下一次探測保證巷道安全掘進(jìn)。

4、工作面形成后對于水位以下區(qū)域進(jìn)行水文地質(zhì)探查和底板注漿加固。 a、注漿范圍：根據(jù)902工作面實(shí)際標(biāo)高及奧灰水位按回采底板的破壞深 度10m，在工作面煤層底板標(biāo)高-25m以下為注漿加固范圍，運(yùn)料巷（切眼往外102m）溜子道（切眼往外126m）注漿面積為15400m?。

b、注漿鉆孔要求：鉆孔設(shè)計(jì)以斜孔為主，使鉆孔揭露盡可能的長的底板含水層及裂隙發(fā)育帶，以查明工作面底板含水層及裂隙發(fā)育帶的水文地質(zhì)特征。

c、注漿及鉆孔終孔層段：主要選擇在工作面底板下10～15m層段，該段巖性為10號煤、粉砂巖與細(xì)砂巖，發(fā)育有孔隙、裂隙，具備注漿條件，再向下的泥巖與鋁土質(zhì)泥巖一般不適于注漿，工作面底板至10號煤頂板細(xì)砂巖，因距底板較近，該段大部將處于后繼采動(dòng)破壞的范圍之內(nèi)，失去了加固意義。因此，注漿加固段選擇在10號煤層以下的層段為主。注漿鉆孔在施工未達(dá)到目的層時(shí)出水，對鉆孔進(jìn)行注漿，凝固一定時(shí)間后進(jìn)行掃孔，掃孔時(shí)仍出水，繼續(xù)注漿直至不出水或微小出水。

d、底板注漿加固：（1）、底板注漿加固基本是在隔水層層中進(jìn)行的，所注層位的裂隙一般也比較細(xì)小。因此，采用的注漿步驟如下：注漿前，先注清水，一方面沖洗裂面，清理注漿通道；另一方面根據(jù)吃水情況確定注漿泵初識排量和漿液參數(shù)調(diào)控范圍，然后進(jìn)行注漿加固。開始時(shí)多采用的是稀漿，具體情況視鉆孔吸水率而定，采用水灰比1.5：1或2：1甚至3：1，而后逐漸改用濃漿（1～0.75）：1，這樣效果比較明顯。（2）、當(dāng)鉆孔出水量較大（10m?/h），且通過水樣確定為奧灰水時(shí)，通過對奧灰頂部或隔水層底部實(shí)施注漿充填改造，以及對隔水層中可注漿層位進(jìn)行注漿，將其薄弱帶的裂隙水?dāng)D走，從而截?cái)喔羲畬拥牧严端c底部奧灰水的溝通聯(lián)系。（3）、注漿驗(yàn)證：全面注漿后，檢查孔對注漿效果進(jìn)行了驗(yàn)證及補(bǔ)注，所有鉆孔涌水量基本無水或微小，通過注漿工程大大增強(qiáng)了底板隔水層的阻水性能，起到了加固目的。通過鉆孔注漿量分析本區(qū)域底板裂隙不發(fā)育且鉆探探查工程量較密，對于底板發(fā)育的裂隙達(dá)到了控制和注漿封堵的目的，工作面可以安全回采。

四、結(jié)束語

通過科學(xué)的和有針對性的防治水技術(shù)和防治水工程實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了首采工作面的安全掘進(jìn)，具備了安全回采的條件，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取得了較為豐富的技術(shù)參數(shù)，對本礦井開采淺部9號煤層具有里程碑的意義。開采井田淺部的9號煤層，增加了本礦可采儲量和延長礦井服務(wù)年限。通過對開采13902工作面的防治水技術(shù)進(jìn)行分析研究，對實(shí)施的防治水措施進(jìn)行總結(jié)，為我礦今后9號煤開采和相似條件下其他礦井下組煤開采具有重要的指導(dǎo)作用。