綜放工作面綜合防治水技術(shù)研究

程登強(qiáng)

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032302）

引言

開(kāi)采厚煤層對(duì)提高礦井煤炭產(chǎn)量、增加礦井經(jīng)濟(jì)效益等均有一定促進(jìn)作用，現(xiàn)階段礦井厚煤層多采用綜放開(kāi)采方式[1-2]。綜采開(kāi)采時(shí)，由于一次開(kāi)采厚度大，往往具有頂板導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度大、礦壓顯現(xiàn)顯著等問(wèn)題[3-5]。當(dāng)?shù)V井開(kāi)采范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，如何降低涌水影響是綜采工作面開(kāi)采時(shí)需要重點(diǎn)解決問(wèn)題[6-8]。山西某礦開(kāi)采范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件中等，煤層賦存穩(wěn)定，回采的50901 綜放工作面為5 采區(qū)9#煤層首采工作面，根據(jù)已有探測(cè)資料顯示，預(yù)計(jì)采面開(kāi)采期間涌水量較大，給煤炭開(kāi)采效率以及回采安全等均帶來(lái)一定威脅。文中就對(duì)該綜放工作面采用的綜合防治水技術(shù)進(jìn)行探討，以期為其他礦井類似情況下防治水工作開(kāi)展提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

50901 綜放工作面為5 采區(qū)首采工作面，采面設(shè)計(jì)走向推進(jìn)距離、傾斜長(zhǎng)分別為930 m、190 m，煤層埋深均值為260 m。9#煤層厚度6.5 m，賦存穩(wěn)定，煤層傾角5°～13°，頂?shù)滓苑凵皫r、石灰?guī)r以及泥巖等為主。50901 綜放工作面采放比為1∶1.59，設(shè)計(jì)推進(jìn)速度為4.0 m/d，采用型號(hào)ZF7200/17/33.5 支架護(hù)頂。根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，50901 綜放工作面回采期間涌水水源為頂板砂巖裂隙水以及上覆2#煤層采空區(qū)積水；底板承壓含水層等。9#煤層與上覆砂巖裂隙水含水層、2#煤層采空區(qū)間距分別為30 m、85 m；底板承壓含水層與9#煤層間距為280 m，正常情況下底板水不會(huì)制約9#煤層回采，但是當(dāng)?shù)装宕嬖谟袑?dǎo)致構(gòu)造時(shí)承壓水通過(guò)導(dǎo)致構(gòu)造、開(kāi)采引起的底板裂隙等即會(huì)向回采空間涌出。頂板淋水以及底板承壓水是制約50901 綜放工作面高效回采的不利因素。為此，需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，針對(duì)性制定防治水技術(shù)措施。

2 綜合防治水技術(shù)

根據(jù)回采的9#煤層現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出采用物探探測(cè)、鉆孔疏排等方式進(jìn)行防治水，降低50901 綜放工作面頂板淋水量以及采空區(qū)出水量。在回采巷道內(nèi)采用瞬變電磁探測(cè)手段對(duì)頂板潛在的導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造以及富水區(qū)進(jìn)行探測(cè)，并采用鉆探方式對(duì)地質(zhì)異常區(qū)進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)疏排鉆孔對(duì)頂板砂巖裂隙水以及2#煤層采空區(qū)積水等疏排。

2.1 頂板裂隙水及采空區(qū)技術(shù)治理

2.1.1 頂板物探探測(cè)

通過(guò)采用瞬變電磁探測(cè)技術(shù)對(duì)頂板含水層、2#煤層采空區(qū)積水區(qū)等進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，以便為后續(xù)防治水工作開(kāi)展提供指導(dǎo)。具體采用瞬變電磁探測(cè)2#煤層內(nèi)異常區(qū)分布情況，如圖1 所示。

圖1 2#煤層采空區(qū)積水探測(cè)成果圖

由于2#煤受小煤窯開(kāi)采破壞，煤層不可采且采空區(qū)具體分布位置、采空區(qū)內(nèi)積水量以及積水高度等參數(shù)均不詳細(xì)，根據(jù)瞬變電磁探測(cè)成果確定2#煤層采空區(qū)內(nèi)存在有4 個(gè)低阻異常區(qū)，2# 煤層采空區(qū)內(nèi)積水量總計(jì)可達(dá)到2 萬(wàn)m3以上。

2.1.2 頂板裂隙水以及采空區(qū)積水疏排

在50901 綜放工作面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷內(nèi)均施工鉆孔，疏排頂板裂隙水以及2#煤層采空區(qū)積水等，從而降低后續(xù)采面回采期間涌出量。在切眼內(nèi)布置3 個(gè)鉆孔，孔深85 m、間距50 m；在進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷內(nèi)均按照50 m 間距布置，鉆孔終孔深度均應(yīng)達(dá)到2#煤層采空區(qū)，對(duì)頂板裂隙水以及2#煤層采空區(qū)積水等進(jìn)行疏排。

在采面切眼以及回采巷道內(nèi)布置的鉆孔在疏排初期出水量可達(dá)到159.65 m3/h，后進(jìn)行1 個(gè)月疏排后鉆孔出水量降至75 m3/h。截止到50901 綜放工作面回采前，采面切眼內(nèi)以及靠近采面200 m 范圍內(nèi)的鉆孔出水量均降低至1.0 m3/h 以內(nèi)。具體采面內(nèi)疏排水鉆孔布置，如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 探放水鉆孔布置示意圖

2.2 底板異常區(qū)探測(cè)及注漿改造

2.2.1 底板物探探測(cè)

采用瞬變電磁技術(shù)對(duì)底板異常區(qū)進(jìn)行探測(cè)，具體如圖3 所示。從探測(cè)結(jié)果得知，在9#煤層底板圈定有4 個(gè)低阻異常區(qū)，其中4 號(hào)異常區(qū)靠近回風(fēng)巷，其他的1 號(hào)～3 號(hào)異常區(qū)均靠近運(yùn)輸巷，因此根據(jù)探測(cè)圈定的異常區(qū)位置在回采巷道內(nèi)布置探測(cè)鉆孔進(jìn)行探測(cè)。

圖3 底板物探探測(cè)成果圖

2.2.2 底板注漿改造

采用注漿方式對(duì)底板存在的異常區(qū)進(jìn)行改造，具體注漿鉆孔布置，如圖4 所示。在采面進(jìn)、回風(fēng)巷內(nèi)均布置注漿鉆孔，注漿漿液選擇采用水泥漿。注漿完成后布置注漿孔對(duì)注漿效果進(jìn)行考察，若檢驗(yàn)鉆孔出水量控制在3 m3/h 以內(nèi)時(shí)，則表明注漿合理；同時(shí)結(jié)合采用直流電法進(jìn)行探測(cè)，對(duì)圈定的異常區(qū)進(jìn)行鉆探或者二次注漿改造。

圖4 底板注漿鉆孔布置示意圖

2.3 采面積水疏排

50901 綜放工作面為該采區(qū)內(nèi)首采工作面，采面3 面均為實(shí)體煤，1 面為采區(qū)集中巷道。根據(jù)采面回采巷道掘進(jìn)揭露以及瓦斯抽采鉆孔鉆進(jìn)揭露顯示，開(kāi)采范圍內(nèi)存在有一定的導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造。為此，在采面進(jìn)風(fēng)巷低洼點(diǎn)布置水窩，用以積水并對(duì)及時(shí)進(jìn)行排放。在進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)共計(jì)布置有3 個(gè)水窩，水窩容積均為8 m3，在水窩內(nèi)布置2 臺(tái)功率均為22 kW 水泵，并通過(guò)布置的排水管路將積水泵送至井下水倉(cāng)。

在采面采空區(qū)較低點(diǎn)布置排水管路，對(duì)采面開(kāi)采后采空區(qū)內(nèi)積水進(jìn)行疏排，從而避免采空區(qū)積水向回采空間溢出。

2.4 地面裂隙封堵

由于2#煤層埋深交淺，開(kāi)采后引起地面變形且采空區(qū)與地面存在一定水力聯(lián)系，地面降水、地表水等均會(huì)通過(guò)裂隙向2#煤層采空區(qū)內(nèi)補(bǔ)給，最終通過(guò)9#煤層頂板裂隙涌向開(kāi)采空間。為此，對(duì)采面對(duì)應(yīng)地表內(nèi)裂隙進(jìn)行封堵、充填，以便降低地表水向井下回采空間滲入量。

3 總結(jié)

50901 綜放工作面開(kāi)采范圍內(nèi)水文地質(zhì)復(fù)雜，采面回采期間主要涌水水源為頂板砂巖裂隙水以及上覆2#煤層采空區(qū)積水。為確保采面回采安全，提出采用瞬變電磁探測(cè)技術(shù)對(duì)頂板潛在的富水區(qū)域以及2#煤層采空區(qū)積水區(qū)進(jìn)行探測(cè)，并采用超前疏排等方式降低頂板裂隙水及采空區(qū)積水向回采空間涌出量。由于2#煤層埋深較淺，采空區(qū)積水受地面降水以及地表水等補(bǔ)給，為此應(yīng)對(duì)地面導(dǎo)水裂隙以及大裂隙等進(jìn)行封堵。對(duì)底板導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，并用注漿封堵導(dǎo)水裂隙，確保采面回采安全。

在50901 綜放工作面采取文中所述綜合防治水技術(shù)后，采面回采期間頂板基本不出現(xiàn)淋水，50901工作面采空區(qū)通過(guò)排水管路將水排至運(yùn)輸巷水窩內(nèi)，并通過(guò)水窩內(nèi)排水泵泵送至井下水倉(cāng)。采面通過(guò)采取綜合性防治水技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全回采。