煤矿采煤工作面水害综合防治技术应用

　　摘要：为消除顶板水对工作面回采的威胁，保证工作面安全回采，以漳村煤矿2205工作面水害防治为例，首先工作面地质水文情况进行分析，利用坑透对工作面异常区进行探测，根据坑透结果，利用钻探手段对3个异常区及X10陷落柱情况进行排查，设计排水钻孔对顶板水进行疏放，以保证工作面的安全生产。

　　本文源自西部探矿工程,2020,32(06):145-147.《西部探矿工程》(月刊)创刊于1989年，是由新疆维吾尔自治区地质矿产研究所主办的探矿刊物。本刊为发展祖国的探矿科学技术，为西部大开发和国民经济建设，为广大岩土钻掘和矿业工程技术人员服务。

　　为保证煤矿工作面采煤作业的安全性，圈定工作面后需采取有效措施，防治水害隐患，进而开展回采工作。防治措施主要包括分析矿井工作面地质条件、矿井水文地质情况，采用物探手段检测工作面异常区域，钻探该区域对异常情况加以验证。疏导排放水[1,2,3,4]。因此，以漳村煤矿2205工作面为工程背景，探讨矿井水害综合防治手段，对于该矿工作面水害治理具有重要意义。

　　1、矿井工作面水文地质情况分析

　　对工作面水文地质条件进行探测，主要包括对地质构造、地表水分布、采煤作业对含水层的影响等情况进行探测。

　　1.1 地质构造勘测

　　根据2205工作面底板等高线图，该工作面由东向西呈3°倾斜。根据工作面三维地震勘探报告，工作面切眼向东1006m位置可能存在逆断层发育，产状为95°∠35°、H=5m，逆断层发育可能性无法排除。工作面切眼向东1055～1136.5m位置存在三维地震陷落柱，长短轴长度分别为110m及50m。风巷距切眼东911.8m处揭露一产状为108°∠50°、H=0.8m的逆断层;运巷距切眼东961.4m位置揭露一产状为90°∠40°、H=1.4m的逆断层，延伸至工作面中，存在落差变大的可能。

　　1.2 地表水分布

　　工作面中部地表横穿一条淤泥河。回采工作回采后，会导致地表下陷形成裂缝。由于该河流为季节性河流，可于枯水期开采作业，定期观测河水流量。

　　1.3 帯压情况

　　漳村矿井井田底板标高527～623m，奥灰水标高+646m，水头高23～119m，突水系数0.012～0.020。必须严格禁止对导水地质构造的无计划揭露，采取提前治理措施，以避免奥灰突水情况。

　　1.4 工作面涌水量预计

　　2205工作面位于22采区北部，其南部为以回采完毕的2203工作面，东、西、北三面，均未开采。完成回采作业后，工作面会形成冒落裂隙带，导通顶板Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ号含水层。依据2203工作面涌水量统计对2205工作面涌水量进行预测。2205工作面完成初采老顶垮落后，工作面会大量涌水，预计最大峰值为300m3/h，平均涌水量为200m3/h左右。

　　2、工作面地质异常区物探排查

　　采用无线电波坑透探测方法，对漳村煤矿2205工作面异常地质情况进行探测，分别在工作面切眼950～1030m处、切眼1140～1250m处、切眼1420～1520m处发现3个异常区。根据坑透探测处理结果及工作面地质及三维地震资料，对工作面异常区是否存在断层情况进行分析，异常区区内存在断层，在断层的影响下，会导致较大范围煤层破碎带或顶板破碎带。

　　3、工作面地质异常区钻探排查

　　3.1 钻探孔布设

　　结合三维地震勘探报告与工作面实际情况，以工作面坑透结果为依据，采用钻探排查的方式，明确坑透异常区及三维地震陷落柱区域。布置间距为10m的钻探钻孔，以查明工作面异常区内煤层富水情况，确定是否存在直径为10m以上的陷落柱及3m以上落差断层。钻探孔布设规划设计如图1所示。

　　图1 钻探孔布设平面示意图

　　3.2 钻探排查结果

　　在实际钻探排查工作中，钻孔结果如图2所示。

　　图2 钻探排查结果示意图

　　根据图2对异常区钻探排查结果进行分析，可知：

　　(1)一号坑透异常区

　　受到地质条件变化及钻探排查工艺本身限制的影响，在实际钻探排查工作中，部分区域缺少足够控制，在实际回采作业中，需对钻探排查进行补充。所布设的钻探孔，在成孔之后并未出现涌水情况，可对钻探排查范围内的导水构造与局部富水区可能性加以排除。钻探工作中，对一号坑透异常区勘探情况加以记录，结合风巷与运巷的剖面图，确定钻探范围内存在倾状方向N10°E的宽缓背斜构造，该构造两翼坡度的最大值为6°。当回采作业中，达到该宽缓背斜构造时，尤其背斜轴部位置，顶板破碎可能较高。一号异常区位置的西侧存在逆断层，风巷产状为108°∠50°、H=0.8m;运巷产状为90°∠40°、H=1.4m。根据钻探探测的实际情况，工作面北部位置，断层呈近南北向分布，产状并未发生大的变化。工作面中南部位置，断层方位呈西南向分布。在回采作业中，该范围内，尤其在断层发生产状变化的位置，可能出现顶板破碎情况。

　　(2) X10陷落柱情况

　　钻孔勘探中，成孔后的钻孔均未发现涌水情况，可对钻探范围内存在的导水构造及局部富水区域的可能性加以基本排除。钻孔排查范围内不存在X10陷落柱。结合三维地震勘探报告，2205工作面中逆断层具备发育可能，产状为95°∠35°、H=5m。结合掘进工作中，2205工作面风巷与瓦斯巷所揭露的情况，三维地震断层呈挠曲构造，倾角最大值16°、10m影响半径。根据钻探排查情况，三维地震断层存在可能较小，若存在地震断层，则该断层落差在2m以下。

　　(3)二号异常区

　　受到地质条件变化及钻探探测自身工艺限制的影响，本次探测中存在部分缺乏控制的区域，需在回采作业之前，对探测工作加以补充。钻探工作中，无论运巷还是瓦斯巷，钻孔成孔之后，均未出现涌水情况，可对钻探排查范围内导水构造与局部富水区存在的可能基本排除。结合钻探倾角，二号异常区倾角由两侧向中间下降，整体呈现出凹陷状态。

　　(4)三号异常区

　　对应钻孔具体位置，受运巷及瓦斯巷受到现场条件与钻探勘查工艺本身的影响，根据钻孔终孔深度与揭煤位置，可对钻探范围内的陷落柱及3m以上落差断层的存在基本排除，但无法对探测范围内存在的夹矸透镜体发育情况与煤层起伏变化可能加以排除。钻探勘查过程中，无论运巷还是瓦斯巷，钻孔成孔之后，均未出现涌水情况，可对钻探排查范围内导水构造与局部富水区存在的可能基本排除。

　　4、上覆岩层水疏放

　　计算过程中，平均煤厚为6m，按照煤厚的15倍计算经验公式，该工作面存在90m高的导水裂隙带。对2205工作面内漳-71钻孔、漳-39、漳-42钻孔资料进行分析，工作面以上Ⅶ号含水层下距煤层顶面1.54～4.1m存在6.2～8.3m厚度的含水层，存在灰白色中、细粒砂岩;Ⅷ含水层下，与煤层顶面之间存在14.45～45.2m的距离，存在0.85～1.6m厚度的含水层，存在灰色细粒砂岩;Ⅸ号含水层与煤层顶面之间相距65.8～72.7m，有1.9～11m厚度的含水层，灰白色中、细粒砂岩;Ⅹ号含水层与煤层顶面相距101.2～122.9m，有1.6～4.1m厚度的含水层，灰白色中粒砂岩。根据含水层及砂岩情况进行分析，在回采作业中，含水层所包含的砂岩层及煤层以上的含水层，会对工作面水源起到补充作用。为减少老顶初垮时的涌水量，应提前打设钻孔疏放煤层顶板水，为回采作业安全提供保障。

　　4.1 钻孔布设设计

　　开展探查工作的目的在于减少工作面初采工作中的涌水量，对2205工作面3号煤顶板含水层及砂岩层含水进行疏放。钻探工作中，钻孔平面布设如图3所示。

　　图3 顶板含水疏放钻孔布设示意图

　　4.2 施工成果

　　对2205工作面顶板含水进行疏放施工时，施工钻孔12处，共计2791m，下套管201.4m，每个钻孔平均下套管16.7833m。施工的钻孔中有11个钻孔基本无涌水情况，仅C-2号孔涌出较多水，因而，需将观测重点放在C-2号孔，并做好涌水情况观测信息收集与记录。当C-2号钻孔涌水量下降至稳定状态，则可对2205工作面进行回采作业。

　　5、结语

　　经过以上处理，对2205工作面水害情况加以基本排除，可对工作面进行回采作业。本次主要针对单一案例分析，考虑到不同地质条件、不同水文条件下的工作面水害情况各据差异，在实际放置水害的过程中，应有针对性地采取相应措施完成水文地质勘察工作，采取不同的水害防治措施。

　　参考文献：

　　[1]严强.煤矿采煤工作面水害防治方法探讨[J].煤,2014,23(12):78-80.

　　[2]袁崇亮.天祝煤矿采煤工作面水害成因与治理措施[J].甘肃科技,2003(7):75-30.

　　[3]邢奇生,孟宪义,安栓志,李飞.车集煤矿采煤工作面底板水害防治[J].煤炭工程,2003(7):16-17.

　　[4]夏新川,熊化云.白集煤矿急倾斜采煤工作面顶板水害治理[J].江苏煤炭,2001(1):22-23.