七一煤礦9104工作面水害綜合防治

李雁川

（山西晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

1 9104工作面概況

現(xiàn)9104工作面位于井田中部，地表大部分被第四系黃土覆蓋，屬低山丘陵地貌，工作面整體為向斜構(gòu)造，東部略高，西部較低，中西部有一短軸向斜。工作面北部為9102工作面（已回采），南部為9106工作面正在準(zhǔn)備，9104工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度1045m，切眼傾斜長(zhǎng)207m，煤層厚度為1.5～1.8m,平均厚度1.55m，頂板一般為砂質(zhì)泥巖或泥巖，厚1.22～6.70m,底板為泥巖或砂質(zhì)泥巖，厚約0.5～3.18m。9104及相鄰工作面示意圖如圖1所示。

圖1 9104及相鄰工作面示意圖

2 9104工作面水患分析

9104工作面回采期間主要充水水源為上覆3#煤采空區(qū)積水、石炭系太原組K5灰?guī)r巖溶裂隙含水層水，同層9102工作面采空區(qū)積水和下伏石炭系太原組K4灰?guī)r巖溶裂隙含水層。下面分別敘述各含水層情況。

2.1 上覆3#煤層采空區(qū)積水

9104工作面上距3#煤層底板52.83m,根據(jù)地面瞬變電磁物探成果顯示，9104工作面上覆3#煤層存在采空異常區(qū)域，覆蓋本工作面面積為60271m2，積水量為40442 m3。先前大部分積水已疏放。另外，相鄰9102回采時(shí)大部分積水也下泄9102采空區(qū)。

2.2 K5灰?guī)r巖溶裂隙水

9#煤層頂板上部18m～20m處為K5灰?guī)r，厚度為5.85m，K5灰?guī)r巖溶裂隙含水層，富水性中等，其中大部分含水亦下泄9102采空區(qū)。

2.3 K4灰?guī)r巖溶裂隙水

9#煤層直接底為泥巖，局部底板為泥質(zhì)砂巖，遇水易膨脹，為不穩(wěn)定底板。老底為K4石灰?guī)r，K4灰?guī)r為巖溶裂隙含水層，富水性中等，直接底與K4灰?guī)r之間厚度不穩(wěn)定，部分地段K4灰?guī)r水從底板涌入采掘工作面。

9104工作面北部為9102回采工作面（已回采），通過(guò)9104工作面運(yùn)輸順槽內(nèi)施工的探放水鉆孔放水情況分析，9102工作面內(nèi)存在大量采空區(qū)積水，并且由于回采破壞了上覆K5灰?guī)r巖溶含水層，溝通了3#煤層采空區(qū)，底板K4灰?guī)r由于回采泄壓，也有部分含水涌入采空區(qū)。因此其補(bǔ)給量也較大，采空區(qū)涌水會(huì)長(zhǎng)期存在。

3 工作面防治水方案

3.1 9014工作面頂板水防治

工作面頂板水主要為K5灰?guī)r巖溶裂隙含水層水和3#煤層采空區(qū)積水。建議工作面回采前對(duì)頂板水進(jìn)行有效探放，并對(duì)工作面探放水效果進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。頂板水防治施工示意圖如圖2所示。

圖2 頂板水防治施工示意圖

3.2 9014工作面同層水防治

工作面同層水主要為北部9102工作面采空區(qū)積水，預(yù)計(jì)9104運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至800m處時(shí)遇到向斜軸部，為整個(gè)工作面最低點(diǎn)。設(shè)計(jì)在運(yùn)輸順槽800m布置一探放水鉆場(chǎng)探放9102工作面積水及涌水。在運(yùn)輸順槽600m至800m處向工作面內(nèi)縮15m布置一高×寬為2m×2m的泄水巷在最低點(diǎn)（800m處）直接與探放水鉆場(chǎng)貫通，在泄水巷內(nèi)安裝排水能力不小于200m3/h的排水系統(tǒng)排除9102工作面采空區(qū)積水以及9104工作面的涌水，回采期間，排水系統(tǒng)隨著工作面推進(jìn)，不斷向外移動(dòng)，排除工作面涌水，直到將工作面涌水甩入老塘為止。記錄統(tǒng)計(jì)疏放水總量并定期對(duì)涌水量進(jìn)行觀測(cè)。同層水防治施工位置示意圖如圖3所示。

圖3 同層水防治施工位置示意圖

3.3 9014工作面底板水防治

9104工作面直接底為泥巖厚約0.5～3.18m，平均厚度2.8m，局部底板為泥質(zhì)砂巖，遇水易膨脹，給回采造成困難；老底為K4石灰?guī)r，平均厚度3.9m，K4灰?guī)r為巖溶裂隙含水層，富水性中等，直接底與K4灰?guī)r之間厚度不穩(wěn)定。故需對(duì)9104工作面底板進(jìn)行注漿堵水，防止K4灰?guī)r水浸泡工作面底板，確保9104工作面高效回采。

4 工作面注漿堵水設(shè)計(jì)

4.1 注漿堵水范圍

9104工作面距南回風(fēng)大巷660m～935m區(qū)域（向斜軸部），如圖4所示。

圖4 9104工作面底板加固區(qū)域

4.2 注漿堵水鉆孔平面布置

9104工作面底板注漿加固工程需對(duì)直接底（泥巖）和老底（K4灰?guī)r）進(jìn)行注漿堵水，底板加固厚度8m，分別在9104回風(fēng)順槽和9104運(yùn)輸順槽內(nèi)布置注漿堵水鉆孔，每隔20m布置一組鉆孔，平面示意圖如圖5所示。

圖5 9104工作面注漿堵水工程巷道鉆孔平面示意圖

4.3 注漿堵水鉆孔參數(shù)

在注漿堵水范圍內(nèi)，9104回風(fēng)順槽和9104運(yùn)輸順槽分別需布置27組鉆孔，每組鉆孔布置4個(gè)鉆孔，各組鉆孔參數(shù)相同，單組鉆孔參數(shù)如表1所示，9104工作面單組鉆孔剖面示意圖如圖6所示。

表1 鉆孔參數(shù)明細(xì)表

圖6 9104工作面單組鉆孔剖面示意圖

4.4 注漿堵水鉆孔施工順序

9104回風(fēng)順槽（9104運(yùn)輸順槽）注漿堵水鉆孔至靠近工作面切眼區(qū)域開始施工，單組鉆孔施工順序?yàn)?#→2#→3#→4#。

4.5 鉆孔設(shè)備及材料

本次9104工作面底板治理工程使用ZDY-1250分體式鉆機(jī)，ZBYSB320/8-22型注漿泵，JB1000型攪拌桶，3NB-250/6-15型復(fù)式泥漿泵。

鉆桿：Φ50mm×1500mm光滑鉆桿，總長(zhǎng)度不小于150m。

鉆頭：φ75mm無(wú)芯鉆頭，采用水排渣鉆進(jìn)。

孔口管：φ108mm×1000mm。

其它材料：孔口閘閥（法蘭盤接口、4寸管閥門）、42.5#普通硅酸鹽水泥、早強(qiáng)劑等材料。

4.6 注漿工藝

1）注漿前，對(duì)鉆孔進(jìn)行壓水，主要目的是疏通注漿管路及孔內(nèi)巖石裂隙、測(cè)定單位受注層段吸水率。

2）調(diào)試漿液開始按規(guī)定壓力注漿，注漿期間現(xiàn)場(chǎng)交接班，保障注漿機(jī)器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，注漿量根據(jù)實(shí)際情況定量。

3）當(dāng)注漿壓力保持不變，吸漿量均勻減少時(shí)，或當(dāng)吸漿量不變壓力，壓力均勻升高時(shí)，注漿工作應(yīng)持續(xù)下去，一般不得改變水灰比；

4）一般注漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，直至結(jié)束。

5）泵量穩(wěn)定在40～60L／min，注漿孔孔口壓力達(dá)到終孔壓力（注漿終壓一般取大于含水層靜水壓力的2倍）技術(shù)要求，持續(xù)時(shí)間不低于30min，即可結(jié)束注漿。

5 結(jié)論

本次七一煤礦9104工作面面臨不同類型水害威脅，治理難度大，結(jié)合以往防治水工作經(jīng)驗(yàn)，采用多種手段，針對(duì)不同水害提出針對(duì)性防治措施，是對(duì)“防、堵、疏、排、截”防治水措施的一次典型的綜合應(yīng)用，是一種有效可行的辦法，適用于相似區(qū)域的水害防治。