煤礦采煤工作面水害綜合防治技術(shù)應(yīng)用

　　摘要：為消除頂板水對(duì)工作面回采的威脅，保證工作面安全回采，以漳村煤礦2205工作面水害防治為例，首先工作面地質(zhì)水文情況進(jìn)行分析，利用坑透對(duì)工作面異常區(qū)進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)坑透結(jié)果，利用鉆探手段對(duì)3個(gè)異常區(qū)及X10陷落柱情況進(jìn)行排查，設(shè)計(jì)排水鉆孔對(duì)頂板水進(jìn)行疏放，以保證工作面的安全生產(chǎn)。

　　本文源自西部探礦工程,2020,32(06):145-147.《西部探礦工程》(月刊)創(chuàng)刊于1989年，是由新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所主辦的探礦刊物。本刊為發(fā)展祖國(guó)的探礦科學(xué)技術(shù)，為西部大開(kāi)發(fā)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，為廣大巖土鉆掘和礦業(yè)工程技術(shù)人員服務(wù)。

　　為保證煤礦工作面采煤作業(yè)的安全性，圈定工作面后需采取有效措施，防治水害隱患，進(jìn)而開(kāi)展回采工作。防治措施主要包括分析礦井工作面地質(zhì)條件、礦井水文地質(zhì)情況，采用物探手段檢測(cè)工作面異常區(qū)域，鉆探該區(qū)域?qū)Ξ惓Ｇ闆r加以驗(yàn)證。疏導(dǎo)排放水[1,2,3,4]。因此，以漳村煤礦2205工作面為工程背景，探討礦井水害綜合防治手段，對(duì)于該礦工作面水害治理具有重要意義。

　　1、礦井工作面水文地質(zhì)情況分析

　　對(duì)工作面水文地質(zhì)條件進(jìn)行探測(cè)，主要包括對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、地表水分布、采煤作業(yè)對(duì)含水層的影響等情況進(jìn)行探測(cè)。

　　1.1 地質(zhì)構(gòu)造勘測(cè)

　　根據(jù)2205工作面底板等高線圖，該工作面由東向西呈3°傾斜。根據(jù)工作面三維地震勘探報(bào)告，工作面切眼向東1006m位置可能存在逆斷層發(fā)育，產(chǎn)狀為95°∠35°、H=5m，逆斷層發(fā)育可能性無(wú)法排除。工作面切眼向東1055～1136.5m位置存在三維地震陷落柱，長(zhǎng)短軸長(zhǎng)度分別為110m及50m。風(fēng)巷距切眼東911.8m處揭露一產(chǎn)狀為108°∠50°、H=0.8m的逆斷層;運(yùn)巷距切眼東961.4m位置揭露一產(chǎn)狀為90°∠40°、H=1.4m的逆斷層，延伸至工作面中，存在落差變大的可能。

　　1.2 地表水分布

　　工作面中部地表橫穿一條淤泥河。回采工作回采后，會(huì)導(dǎo)致地表下陷形成裂縫。由于該河流為季節(jié)性河流，可于枯水期開(kāi)采作業(yè)，定期觀測(cè)河水流量。

　　1.3 帯壓情況

　　漳村礦井井田底板標(biāo)高527～623m，奧灰水標(biāo)高+646m，水頭高23～119m，突水系數(shù)0.012～0.020。必須嚴(yán)格禁止對(duì)導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造的無(wú)計(jì)劃揭露，采取提前治理措施，以避免奧灰突水情況。

　　1.4 工作面涌水量預(yù)計(jì)

　　2205工作面位于22采區(qū)北部，其南部為以回采完畢的2203工作面，東、西、北三面，均未開(kāi)采。完成回采作業(yè)后，工作面會(huì)形成冒落裂隙帶，導(dǎo)通頂板Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ號(hào)含水層。依據(jù)2203工作面涌水量統(tǒng)計(jì)對(duì)2205工作面涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。2205工作面完成初采老頂垮落后，工作面會(huì)大量涌水，預(yù)計(jì)最大峰值為300m3/h，平均涌水量為200m3/h左右。

　　2、工作面地質(zhì)異常區(qū)物探排查

　　采用無(wú)線電波坑透探測(cè)方法，對(duì)漳村煤礦2205工作面異常地質(zhì)情況進(jìn)行探測(cè)，分別在工作面切眼950～1030m處、切眼1140～1250m處、切眼1420～1520m處發(fā)現(xiàn)3個(gè)異常區(qū)。根據(jù)坑透探測(cè)處理結(jié)果及工作面地質(zhì)及三維地震資料，對(duì)工作面異常區(qū)是否存在斷層情況進(jìn)行分析，異常區(qū)區(qū)內(nèi)存在斷層，在斷層的影響下，會(huì)導(dǎo)致較大范圍煤層破碎帶或頂板破碎帶。

　　3、工作面地質(zhì)異常區(qū)鉆探排查

　　3.1 鉆探孔布設(shè)

　　結(jié)合三維地震勘探報(bào)告與工作面實(shí)際情況，以工作面坑透結(jié)果為依據(jù)，采用鉆探排查的方式，明確坑透異常區(qū)及三維地震陷落柱區(qū)域。布置間距為10m的鉆探鉆孔，以查明工作面異常區(qū)內(nèi)煤層富水情況，確定是否存在直徑為10m以上的陷落柱及3m以上落差斷層。鉆探孔布設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)如圖1所示。

　　圖1 鉆探孔布設(shè)平面示意圖

　　3.2 鉆探排查結(jié)果

　　在實(shí)際鉆探排查工作中，鉆孔結(jié)果如圖2所示。

　　圖2 鉆探排查結(jié)果示意圖

　　根據(jù)圖2對(duì)異常區(qū)鉆探排查結(jié)果進(jìn)行分析，可知：

　　(1)一號(hào)坑透異常區(qū)

　　受到地質(zhì)條件變化及鉆探排查工藝本身限制的影響，在實(shí)際鉆探排查工作中，部分區(qū)域缺少足夠控制，在實(shí)際回采作業(yè)中，需對(duì)鉆探排查進(jìn)行補(bǔ)充。所布設(shè)的鉆探孔，在成孔之后并未出現(xiàn)涌水情況，可對(duì)鉆探排查范圍內(nèi)的導(dǎo)水構(gòu)造與局部富水區(qū)可能性加以排除。鉆探工作中，對(duì)一號(hào)坑透異常區(qū)勘探情況加以記錄，結(jié)合風(fēng)巷與運(yùn)巷的剖面圖，確定鉆探范圍內(nèi)存在傾狀方向N10°E的寬緩背斜構(gòu)造，該構(gòu)造兩翼坡度的最大值為6°。當(dāng)回采作業(yè)中，達(dá)到該寬緩背斜構(gòu)造時(shí)，尤其背斜軸部位置，頂板破碎可能較高。一號(hào)異常區(qū)位置的西側(cè)存在逆斷層，風(fēng)巷產(chǎn)狀為108°∠50°、H=0.8m;運(yùn)巷產(chǎn)狀為90°∠40°、H=1.4m。根據(jù)鉆探探測(cè)的實(shí)際情況，工作面北部位置，斷層呈近南北向分布，產(chǎn)狀并未發(fā)生大的變化。工作面中南部位置，斷層方位呈西南向分布。在回采作業(yè)中，該范圍內(nèi)，尤其在斷層發(fā)生產(chǎn)狀變化的位置，可能出現(xiàn)頂板破碎情況。

　　(2) X10陷落柱情況

　　鉆孔勘探中，成孔后的鉆孔均未發(fā)現(xiàn)涌水情況，可對(duì)鉆探范圍內(nèi)存在的導(dǎo)水構(gòu)造及局部富水區(qū)域的可能性加以基本排除。鉆孔排查范圍內(nèi)不存在X10陷落柱。結(jié)合三維地震勘探報(bào)告，2205工作面中逆斷層具備發(fā)育可能，產(chǎn)狀為95°∠35°、H=5m。結(jié)合掘進(jìn)工作中，2205工作面風(fēng)巷與瓦斯巷所揭露的情況，三維地震斷層呈撓曲構(gòu)造，傾角最大值16°、10m影響半徑。根據(jù)鉆探排查情況，三維地震斷層存在可能較小，若存在地震斷層，則該斷層落差在2m以下。

　　(3)二號(hào)異常區(qū)

　　受到地質(zhì)條件變化及鉆探探測(cè)自身工藝限制的影響，本次探測(cè)中存在部分缺乏控制的區(qū)域，需在回采作業(yè)之前，對(duì)探測(cè)工作加以補(bǔ)充。鉆探工作中，無(wú)論運(yùn)巷還是瓦斯巷，鉆孔成孔之后，均未出現(xiàn)涌水情況，可對(duì)鉆探排查范圍內(nèi)導(dǎo)水構(gòu)造與局部富水區(qū)存在的可能基本排除。結(jié)合鉆探傾角，二號(hào)異常區(qū)傾角由兩側(cè)向中間下降，整體呈現(xiàn)出凹陷狀態(tài)。

　　(4)三號(hào)異常區(qū)

　　對(duì)應(yīng)鉆孔具體位置，受運(yùn)巷及瓦斯巷受到現(xiàn)場(chǎng)條件與鉆探勘查工藝本身的影響，根據(jù)鉆孔終孔深度與揭煤位置，可對(duì)鉆探范圍內(nèi)的陷落柱及3m以上落差斷層的存在基本排除，但無(wú)法對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)存在的夾矸透鏡體發(fā)育情況與煤層起伏變化可能加以排除。鉆探勘查過(guò)程中，無(wú)論運(yùn)巷還是瓦斯巷，鉆孔成孔之后，均未出現(xiàn)涌水情況，可對(duì)鉆探排查范圍內(nèi)導(dǎo)水構(gòu)造與局部富水區(qū)存在的可能基本排除。

　　4、上覆巖層水疏放

　　計(jì)算過(guò)程中，平均煤厚為6m，按照煤厚的15倍計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，該工作面存在90m高的導(dǎo)水裂隙帶。對(duì)2205工作面內(nèi)漳-71鉆孔、漳-39、漳-42鉆孔資料進(jìn)行分析，工作面以上Ⅶ號(hào)含水層下距煤層頂面1.54～4.1m存在6.2～8.3m厚度的含水層，存在灰白色中、細(xì)粒砂巖;Ⅷ含水層下，與煤層頂面之間存在14.45～45.2m的距離，存在0.85～1.6m厚度的含水層，存在灰色細(xì)粒砂巖;Ⅸ號(hào)含水層與煤層頂面之間相距65.8～72.7m，有1.9～11m厚度的含水層，灰白色中、細(xì)粒砂巖;Ⅹ號(hào)含水層與煤層頂面相距101.2～122.9m，有1.6～4.1m厚度的含水層，灰白色中粒砂巖。根據(jù)含水層及砂巖情況進(jìn)行分析，在回采作業(yè)中，含水層所包含的砂巖層及煤層以上的含水層，會(huì)對(duì)工作面水源起到補(bǔ)充作用。為減少老頂初垮時(shí)的涌水量，應(yīng)提前打設(shè)鉆孔疏放煤層頂板水，為回采作業(yè)安全提供保障。

　　4.1 鉆孔布設(shè)設(shè)計(jì)

　　開(kāi)展探查工作的目的在于減少工作面初采工作中的涌水量，對(duì)2205工作面3號(hào)煤頂板含水層及砂巖層含水進(jìn)行疏放。鉆探工作中，鉆孔平面布設(shè)如圖3所示。

　　圖3 頂板含水疏放鉆孔布設(shè)示意圖

　　4.2 施工成果

　　對(duì)2205工作面頂板含水進(jìn)行疏放施工時(shí)，施工鉆孔12處，共計(jì)2791m，下套管201.4m，每個(gè)鉆孔平均下套管16.7833m。施工的鉆孔中有11個(gè)鉆孔基本無(wú)涌水情況，僅C-2號(hào)孔涌出較多水，因而，需將觀測(cè)重點(diǎn)放在C-2號(hào)孔，并做好涌水情況觀測(cè)信息收集與記錄。當(dāng)C-2號(hào)鉆孔涌水量下降至穩(wěn)定狀態(tài)，則可對(duì)2205工作面進(jìn)行回采作業(yè)。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)以上處理，對(duì)2205工作面水害情況加以基本排除，可對(duì)工作面進(jìn)行回采作業(yè)。本次主要針對(duì)單一案例分析，考慮到不同地質(zhì)條件、不同水文條件下的工作面水害情況各據(jù)差異，在實(shí)際放置水害的過(guò)程中，應(yīng)有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施完成水文地質(zhì)勘察工作，采取不同的水害防治措施。

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