淺埋工作面大涌水綜合治理技術

摘 要：神東煤田大部分主采煤層埋深較淺，上覆基巖較薄，煤層厚，地表覆蓋的厚松散沙層厚度大。該地區賽蒙特爾煤礦2402工作面回采期間，工作面出現持續性的大量涌水，涌水水源未與地表潛水溝通，具備安全生產條件。通過回風順槽主排水系統的優化布置，提高了工作面的排水效率，保證了正常的安全生產。

關鍵詞：涌水；淺埋工作面；排水系統；煤泥清理

中圖分類號：TD265 文獻標識碼：A

1 工作面涌水情況概述

內蒙古賽蒙特爾煤礦位于位于內蒙古自治區鄂爾多斯市伊金霍洛旗納林陶亥鎮，該礦區屬于神東煤田一部分。該礦2402工作面處于一個向南西傾斜的單斜構造內，地層傾角1～3°，面長240m，埋深140～176m之間。該面整體為俯采工作面，階段區域為仰采。目前該工作面已經經歷了前期的俯采階段，正在進行仰采階段的推進。工作面總體涌水量在180-260m3/h之間變動，峰值涌水量達到300m3/h。涌水水源為頂板垮落后上方含水巖層水及裂隙水，在老空區積存并在工作面低點涌出，嚴重影響工作面的正常生產。

2 井田水文地質條件

井田內地表完全被第四系風積沙掩蓋，易接受大氣降水補給，且滲透性好，為一透水沙層。下伏地層可直接接受第四系沙層的滲透補給，因此，礦床以孔隙水、孔隙～裂隙水充水為主，主采4-2煤層有四層含水層和三層隔水層，見表1所示。

表1 隔水層和含水層位置關系

時代組 合 關 系

Q4A含水層

J1-2Y第1隔水層（侏羅系泥巖、砂質泥巖）

B含水層（侏羅系細、中、粗砂巖）

第2隔水層（含2-3煤層）

C含水層

第3隔水層（含3-2煤層）

D含水層

第4隔水層（含4-2煤層）

3 工作面涌水規律

3.1工作面涌水水源導水裂隙帶

根據《礦區水文地質工程地質勘探規范》，緩傾斜煤層、全部垮落法管理頂板情況下，頂板導水裂隙帶高度Hf可以通過經驗公式計算如下：

當巖石抗壓強度為20～40Mpa時

（1）

當巖石抗壓強度<20Mpa時

（2）

M——開采厚度，取工作面平均采高3.8m；n為一次采全高取1.0。

按照公式（1）（2）計算后得出Hf分別為58.62m和41.99m。通過相鄰的2403工作面的勘探鉆孔ZK1505鉆孔資料顯示，4-2煤層上覆8層基巖總計厚度98.39m，遠大于裂隙帶高度，未與上方第四系補水層連通，工作面涌水水源應為上覆裂隙波及范圍內的含水水源。

3.2周期來壓與工作面涌水

周期來壓前，煤壁前方應力集中，上覆巖層的預裂隙區向上向前延伸，裂隙延長、擴展，導通的區域增大，待工作面推至預裂隙區下方時，直接頂垮落，基本頂離層垮落，頂板裂隙逐漸發育延伸，頂板含水層通過裂隙導通后，巖層含水降至工作面，形成工作面煤壁出水及頂板淋水。此時，工作面總體涌水量短時增大。

現場周期來壓和涌水量之間也存在正向一致性。現場觀測數據顯示，周期來壓步距大多在18-20m之間，工作面大面積淋水出現在周期來壓之前3-5m時，工作面涌水量增加20m3-50m3/h之間。

3.3工作面涌水與地質構造帶

工作面共有3處構造帶，目前已經通過1個落差為1.3m的斷層和1個向斜構造。通過斷層區域時，工作面與斷層交叉帶淋水較大，周期來壓時表現更為明顯。

工作面通過向斜構造區域時，周期來壓明顯，活柱壓縮量明顯，片幫加深，時常出現頂板切頂現象。工作面涌水量增大，直至向斜區域回采結束后，涌水量不再增大并穩定在180-260m3/h。

4 工作面排水系統設計及改造

4.1工作面排水系統布置

工作面為一向南西傾斜的單斜構造，順槽采用機軌合一布置方式，布置在偏高的主運順槽內。工作面涌出的水流向回風順槽，保證了正常生產和煤質。

工作面長240m，在低洼點安設22Kw排水泵，通過架前預埋的排水管路排入回風順槽。

4.2回風順槽排水系統設計

由于工作面為一向南西傾斜的單斜構造，回風一直處于低處，因此將主排水管路和主排水泵布置在回風順槽。在回風順槽非采側開挖泄水溝及水泵窩，工作面排出的水經水溝流入水泵窩，主排水泵將其排走。主排水管路使用10寸管路和6寸管路各一趟。回風順槽排水泵使用55Kw和90Kw排水泵排水，回風順槽排水使用專用電源，由二盤區變電所專用回路供電。

4.3回風順槽排水溝及水泵窩設計

在工作面回風順槽非采側施工深度為0.8m，寬度為0.7m的排水溝，水溝從切眼外30m處開始向外開始施工，直至停采線，水泵窩尺寸為工作面傾斜方向為1.0m寬，工作面推進方向為1.2m長，水泵窩深度為1.2m。

水泵窩位置與回風順槽起伏坡度有關。假設每日生產推進進尺為L，當回風順槽路面平緩，無起伏時，水泵窩按照間距L施工；當路面平緩，但局部有低洼點出現時，在低洼點向外2-3m處開挖水泵窩，這樣能夠使水溝的煤泥能夠在進入水泵窩之前的低洼點內減速沉淀，提高排水泵的排水效率。

回風順槽具有一定的俯仰角度時，水泵窩間距不能按照L施工，要分開俯采和仰采兩種情況。當回風順槽具有一定的仰采角度時，水泵窩間距仍然要按照每日正常生產的進尺距離L來施工，以減少每日檢修移泵后水對生產的影響。當回風順槽具有一定的俯采角度時，在工作面至下坡變坡點之間，無需再施工水泵窩，水流會直接下沖至下坡變坡點處，此時需要在下坡變坡點外3-5m處連續施工2-3個水泵窩。

5 煤泥治理

工作面涌水帶來的不只有水的問題，水沖底板帶來的煤泥更是工作面涌水問題的治理難點。煤泥嚴重影響排水系統的效率，煤泥造成工作面架前淤煤，支架拉移推溜困難，主排水倉淤煤清理頻繁清理等一系列問題。

根據以上治水工作中存在的問題，采取水煤分離，抽水留煤，源頭治理的指導原則，采取從頭至尾的煤泥治理措施。

5.1排水設備改造

對工作面排水泵吸水口改造：泵體下方的吸水濾網外圍，增加一層煤泥過濾網，過濾網網孔尺寸減小，增大過濾網面積，增加進水面積，提高上游排水效率和過濾效率。

5.2沉淀過濾

在回風順槽排水溝內，加工布置煤泥過濾網，盡量將煤泥過濾在上游位置，減少進入下游的煤泥量，大大減輕了回風順槽主排水泵的清淤工作量。

在工作面坡度變化的變坡點的水泵窩處，施工煤泥沉淀池，作為進入主排水系統的最后一道沉淀過濾場所，并及時清理沉淀池，保證煤泥沉淀效果和排水效率。

6治理效果

6.1在工作面涌水量在180—260m3/h的條件下，治理了水患，2012上半年月均產量50萬t，保證了高效穩產，產生了較高的經濟社會效益。

6.2經過對工作面涌水的治理，積累了大涌水工作面水患治理的有效經驗，為類似條件下的回采提供了借鑒。

6.3通過開采期間的礦壓顯現及涌水量的動態監測，揭示了礦壓顯現、向斜構造帶與涌水量變化之間的正相關性。

參考文獻

[1]：GB 12719-91礦區水文地質工程地質勘探規范[S]