付村礦3上605工作面防治水措施的制定與實施

張海領(lǐng)

(棗莊礦業(yè)集團付村煤業(yè)有限公司，山東 濟寧 277605）

1 3上605工作面概況

3上605 工作面位于東六采區(qū)南翼，東為3上603 設(shè)計工作面，西為東六采區(qū)地塹構(gòu)造區(qū)域，南為東四采空區(qū)，北為東六采區(qū)準備巷道。南北長705m，東西長126~226m，工作面面積143486.00m2。工作面地層產(chǎn)狀變化較大，南部煤層走向36°~124°，傾向34°~126°；北部受褶皺影響，地層產(chǎn)狀變化較大，揭露1 個向斜，楊村向斜南翼煤層走向106°~136°，傾向16°~46°；煤層傾角1~17°，平均10°。煤層底板標高為-424.1m~ -542.6m。3 煤與其頂、底板均為整合接觸。工作面內(nèi)賦存10 條斷層，均為正斷層。3上605 工作面煤厚4.6~5.75m，平均5.15m，煤厚變異系數(shù)：1.72%，預(yù)計煤炭存儲量92 萬t。

2 含水層對工作面影響分析

經(jīng)過實際勘測，該采區(qū)內(nèi)自上而下的含水層分別為第四系砂巖含水層、下石盒子組砂巖含水層、山西組砂巖含水層、三灰含水層。各含水層對工作面影響程度分析如下。

2.1 第四系砂巖含水層

第四系厚度為82.64m（據(jù)F14-11 鉆孔），按其巖性和富水性，可分為上、下兩個含水層段。上含水層段：一般含砂4層，下部兩層砂層穩(wěn)定性較好。砂層成分以石英、長石為主，顆粒粒徑不均勻，結(jié)構(gòu)松散，孔隙發(fā)育，含水較豐富，含水量15.8%，并直接接受大氣降水和地表水垂直滲透補給，補給條件好。含水層單位涌水量1.813~6.681L/(s.m)，水質(zhì)類型為HCO3-Ca?Na 型水，溶解性總固體0.383 g/L，富水性強至極強。下含水層段：一般含砂5 層。砂層成分以石英、長石為主，粒度主要為細粉砂。砂層以最上層砂層最為穩(wěn)定，其余砂層連續(xù)性較差，由南西向北東逐漸減少為一層。據(jù)鉆孔抽水資料，單位涌水量為0.073~0.842L/(s.m)，為HCO3-Ca?Na型水，溶解性總固體0.311~0.666g/L，富水性弱～中等。

2.2 下石盒子組砂巖含水層

下石盒子組厚度為371.56m（據(jù)F14-11 鉆孔），主要由砂巖、粉砂巖、粘土巖組成，其中細砂巖、中砂巖累計厚度為91.7m。砂巖段孔隙裂隙較發(fā)育，鉆孔抽水試驗單位涌水量為0.375~1.612 L/s?m，富水性中等～強。

2.3 山西組砂巖含水層

山西組厚度為111.05m（據(jù)F14-11 鉆孔），其中，3上煤層頂板砂巖16.3m。井田內(nèi)該含水層無抽水試驗鉆孔，據(jù)鄰區(qū)岱莊井田F3-6 和三河口井田F6-9 號孔抽水實驗資料，含水層單位涌水量0.001~0.006L/s?m，滲透系數(shù)為0.001~0.011m/d，富水性弱，為SO4-Ca?Na 型水，溶解性總固體1.318~3.936g/L。屬裂隙承壓水，其補給來源主要為石盒子群底部砂巖的構(gòu)造裂隙水，其次為第四系下含水層段在其露頭的垂直滲透補給。因其露頭面積小，與斷層對口處的過流斷面有限，補給條件較差，以靜儲量為主，易于疏干。在構(gòu)造裂隙帶附近或向斜軸部易形成富水帶。

2.4 三灰含水層

東六采區(qū)回風(fēng)巷掘進過程中，揭露三灰含水層，總出水量2m3/h 左右。東六采區(qū)泄水巷施工2個探查三灰富水性鉆孔，工程量為105.2m，鉆孔初始出水量為1m3/h、2m3/h。上述說明東六采區(qū)三灰含水層富水性較弱。據(jù)F14-11 鉆孔資料，工作面煤層底板距第三層灰?guī)r間距35.2m，三灰含水層厚度為8.6m，井下北翼軌道大巷三灰含水層水位標高為-434.4m，對3 煤層最大壓力為1.08MPa。根據(jù)突水系數(shù)公式T=P/M，將上述參數(shù)代入該公式計算如下：T=0.95/35.2=0.031MPa/m，小于《煤礦防治水細則》中“底板受構(gòu)造破壞段突水系數(shù)0.06MPa/m”，因此，三灰與3上煤層間的巖柱能夠承受住三灰含水層水壓，原則上三灰含水層不會對3上605 工作面回采構(gòu)成威脅。

3 3上605工作面涌水量計算

影響3上605 工作面回采涌水量的主要因素有：頂板砂巖水、采空區(qū)水、斷層水。

3.1 頂板砂巖水預(yù)計

（1）采用大井法—承壓水法計算，計算公式為：

其中：

R=10S（K）1/2

r0=（A/π）1/2

R0=r0+R

式中：

Q1-大井法--承壓水法計算的涌水量，m3/h；

k-滲透系數(shù)，按F6-9 參孔的資料定為0.01078m／天；

M-含水層總厚度，三層煤的頂砂巖水包括三上煤層頂板以上100m 范圍內(nèi)的所有砂巖含水層，由于粉砂巖含水性弱，這里只選取細～粗砂巖的總厚度作為計算依據(jù)．統(tǒng)計計算其平均厚度為27.5m；

H-水柱高度，根據(jù)相鄰工作面頂板富水性進行打鉆探查鉆孔實測水壓1.2MP，選取平均值120m作為計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

A-回采面積，A=270300m2；

S-水位降，S=120m；

rO-引用半徑，r0= 293.4m；

R- 工作面涌水影響半徑，本煤礦R取124.6m；

R0-工作面引用影響半徑，R0=R+r0=418m。

將上述參數(shù)代入式（1）計算，可得：Q1=23.3m3/h，取24m3/h。

則：采用大井法計算的涌水量為24m3/h。

（2）采用比擬法計算

式中：

Q-預(yù)計3上605工作面頂板砂巖水涌水量，m3/h；

Q0-實測3上401 工作面頂板砂巖水正常涌水量為1m3/h；

F-3上605 工作面回采面積274610.00m2；

F0-3上401 工作面回采面積155134m2。

Q2=1.3m3/h，取2m3/h。

采用比擬法計算的正常涌水量為2m3/h。

綜合上述兩種涌水量預(yù)計方法，取兩種計算方法最大值作為3上605 工作面頂板砂巖水正常涌水量，預(yù)計為24m3/h。

3.2 采空區(qū)預(yù)計

3上605 工作面布置在3上401、3下401 工作面低位，工作面南部距401 采空區(qū)距離為20 ～44m（平距）?；夭汕耙褜?上401、3下401 采空區(qū)積水疏放完畢，僅剩2m3/h 的采空區(qū)動水，施工了2 個泄水孔，防止采空區(qū)積水積聚，預(yù)計對工作面回采沒有水患影響。預(yù)計采空區(qū)動水正常涌水量為2m3/h。

3.3 斷層水預(yù)計

3上605 材巷沿尹家洼支4 斷層布置，3上605 運巷沿尹家洼支1 斷層布置。根據(jù)掘進期間的水文觀測，材巷F42 斷層、F48 斷層、運巷尹家洼支1 斷層附近裂隙發(fā)育，有滴水現(xiàn)象。預(yù)計斷層水正常涌水量為1m3/h。

根據(jù)上述水文因素分析可綜合確定本工作面的涌水量，本工作面的涌水量=頂板砂巖水+采空區(qū)水+斷層水，則：

Q正常=24+2+1=27m3/h；

Q最大=2Q正常=54m3/h。

綜合上述分析，預(yù)計本工作面正常涌水量為27m3/h，最大涌水量為54m3/h。

4 防治水措施的制定及實施

4.1 工作面排水路線

（1）工作面材巷側(cè)老空水：工作面機尾→材巷蓄水池→泄水巷水倉→東十單軌吊車場→北翼軌道巷→軌道大巷→中央水倉→地面。

（2）工作面內(nèi)洼點：工作面→運巷水倉、泄水巷水倉→東十單軌吊車場→北翼軌道巷→軌道大巷→中央水倉→地面。

（3）工作面老塘水：工作面→泄水巷水倉→東十單軌吊車場→北翼軌道巷→軌道大巷→中央水倉→地面。

4.2 提高排水效率的措施

（1）水泵選擇

為提高該工作面的排水效率，該工作面在選擇水泵時除了滿足排水設(shè)計要求外，還選擇了最新型水泵，以減少水泵富裕量揚程，減少出口壓力損失[1]。如本排水系統(tǒng)在泄水巷水倉設(shè)置的BQS-180-100-110kW 水泵，在運巷水倉設(shè)置BQS-100-100-75kW水泵，在工作面內(nèi)洼點處設(shè)置的BQS-20-100-11kW水泵等。

（2）連接管路

在設(shè)計管路時應(yīng)充分最大限度地簡化管路系統(tǒng)，減少管路損失，在排水管路連接過程中還應(yīng)減少巷道跨越，減少彎頭的使用量。有資料表明直徑D219mm 的90°彎頭的局部損失，與同等直徑4m長度管路的沿程損失相當[2]。同時，為減少管路壓力損失，提高排水效率，該排水系統(tǒng)在選擇連接管路時，還充分考慮了水泵供水量與管路排水量的密切配合，如BQS-180-100-110kW 水泵與6 寸排水管配合、BQS-20-100-11kW 水泵與4 寸排水管路配合等，另外，在吸水管路中選用無底閥吸水，以減少局部損失。

4.3 防治水管理措施

為加強初采初放期間的防治水工作和回采期間的水文觀測工作，工作面嚴格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先治后采”的探放水原則，在水文異常時，及時報告調(diào)度室和地測科，采取有效措施進行處理。

為使工作面排水暢通，面內(nèi)不能人為形成低洼點。材、運兩巷水溝必須及時清挖，確保水流暢通。

工作面材運巷均要布置水倉，利用水泵排水，水泵排水能力必須大于最大涌水量。同時定期檢查水泵的完好情況，每班安設(shè)專人進行排水工作，防止涌水溢出，并制定完善的防水避災(zāi)路線圖。

5 結(jié) 語

付村煤礦3上605 工作面在綜合分析涌水類型和涌水量的基礎(chǔ)上，設(shè)計了合理的排水系統(tǒng)及防治水措施，在近一年的開采過程中，該工作面沒有發(fā)生任何涌水事故，保證了工作面高效穩(wěn)定的生產(chǎn)。