淺析下山掘進(jìn)工作面底板水害的防治

【摘 要】本文提出對(duì)這樣性質(zhì)的開拓巷道中獨(dú)頭下山掘進(jìn)巷道進(jìn)行水害評(píng)價(jià)，給出有效的水害判斷，從而提出更合理的水害防治措施。

【關(guān)鍵詞】獨(dú)頭下山；底板水害；探查；評(píng)價(jià)；防治

1 工作面概況

1.1 掘進(jìn)工作面位置與范圍

我礦3100擴(kuò)區(qū)回風(fēng)下山自3100采區(qū)回風(fēng)下山底車場開門，以3100采區(qū)回風(fēng)下山巷中為巷中，以7°方位角、+3‰坡度按直墻半圓拱斷面向前施工約40m，揭露煤層后以7°方位角、沿煤層頂板以梯形斷面向前掘進(jìn)85m（平距），再以32°方位角、沿煤層頂板以梯形斷面向前掘進(jìn)830m（平距）至-1000m水倉聯(lián)絡(luò)巷門口結(jié)束。工程量為955m（平距）。

3100擴(kuò)區(qū)回風(fēng)下山為3100擴(kuò)區(qū)三條下山中第一條掘進(jìn)施工的巷道，一方面擔(dān)負(fù)著礦井“三量”的平衡關(guān)系，一方面作為“探巷”為3100擴(kuò)區(qū)后續(xù)采掘工作面的施工提供詳細(xì)準(zhǔn)確的各種地質(zhì)資料，其中包括水文地質(zhì)資料。

1.2 煤層及其底板

本區(qū)3煤層屬二疊系山西組，山西組為主要含煤地層，采區(qū)內(nèi)本組厚60.85～99.15m，平均77.85m，由淺灰至灰白色砂巖、深灰至灰黑色泥巖、粉砂巖及煤層組成，與太原組連接沉積。煤層底板巖性及厚度變化較大，3煤底板以中細(xì)砂巖為主，HJ13-6鉆孔附近為粉砂巖。

1.3 水文地質(zhì)概況

根據(jù)礦井淺部鉆孔抽水試驗(yàn)資料，3煤的開采主要受頂?shù)装迳皫r含水層和底板三灰含水層的威脅。頂?shù)装迳皫r含水層水量小、富水性弱，以靜儲(chǔ)量為主易疏干。三灰含水層富水性中等，以靜儲(chǔ)量為主但富水性不均一。本區(qū)范圍內(nèi)鉆孔未對(duì)上述含水層進(jìn)行抽水試驗(yàn)，水文地質(zhì)條件有待進(jìn)一步查明。

2 水文地質(zhì)條件探查

2.1 水文地質(zhì)條件探查方法

礦井水文地質(zhì)條件探查手段包括：水文地質(zhì)試驗(yàn)技術(shù)、地球物理勘探技術(shù)、地球化學(xué)勘探技術(shù)、鉆探技術(shù)及監(jiān)測測試技術(shù)等，這些技術(shù)方法和手段及其綜合應(yīng)用已能比較好地解決礦井水文地質(zhì)勘探中的大部分問題。就目前看來，在眾多的礦井水探測方法中，結(jié)合水文地質(zhì)概況、礦井及工作面需要，現(xiàn)場選取鉆探技術(shù)作為該掘進(jìn)工作面探查手段。

為查明該區(qū)域3煤底板三灰及砂巖的富水性，確保3100擴(kuò)區(qū)回風(fēng)下山的安全掘進(jìn)，該礦在3100擴(kuò)區(qū)回風(fēng)下山1#探水硐室（標(biāo)高-800m）內(nèi)共計(jì)施工鉆探眼4個(gè)，分別是鉆探13#、14#、15#、放21孔。現(xiàn)準(zhǔn)備施工2#探水硐室內(nèi)鉆孔。

其中放21孔，方位187°，傾角-65°，孔深75m，終孔層位三灰底板；三灰孔穿過三灰層位，進(jìn)入三灰底板粉砂巖層位3m。根據(jù)放21孔實(shí)際觀測，水量最大為2.5m3/h，最大水壓為2.1MPa。現(xiàn)鉆孔水流通過排水溝流至探水硐室內(nèi)水倉，再通過18.5kW水泵排出。砂巖鉆孔最大水量為1.2m3/h。

2.2 底板水害評(píng)價(jià)

3下煤的開采主要受底板砂巖含水層和底板三灰含水層的威脅。底板砂巖含水層水量小、富水性弱，以靜儲(chǔ)量為主易疏干。三灰含水層富水性中等，以靜儲(chǔ)量為主但富水性不均一。

3 底板水害防治

3.1 底板水害防治措施

在長期的工作實(shí)踐及理論認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，在底板防治水技術(shù)方面形成了一些適用于不同類型水害治理的途徑和方法，主要包括：疏干降壓、注漿堵水與改造底板及含水層。

3.2 底板水害防治措施與建議

為防止掘進(jìn)過程中3煤層底板砂巖裂隙水水害事故的發(fā)生，確保安全生產(chǎn)，結(jié)合放21孔出水量結(jié)果，給出以下水害防治措施與建議：

3.2.1 3100擴(kuò)區(qū)回風(fēng)下山采用疏干降壓方法來防治底板水害。隨著疏干降壓的進(jìn)行，在疏水孔周圍形成降落漏斗，隨著時(shí)間的延續(xù)，降落漏斗的范圍不斷擴(kuò)大，并向縱深發(fā)展，底板含水層的水位會(huì)降至其煤層底板，消除掘進(jìn)工作面水患，逐步解除底板水的威脅，達(dá)到防治水的目的。

3.2.2 防治掘進(jìn)底板水害，在底板砂巖富水區(qū)。3100擴(kuò)區(qū)回風(fēng)下山375m-425m施工段，下幫煤體及底板出現(xiàn)多個(gè)出水點(diǎn)，且水質(zhì)渾濁，每個(gè)出水點(diǎn)水量在0.2m3/h-0.5m3/h之間，經(jīng)判斷為底板砂巖水。為此，特編制專項(xiàng)措施對(duì)富水區(qū)提前打鉆進(jìn)行放水，使水位標(biāo)高降至煤層底板以下，控制底板水涌出量，并就近施工蓄水池，使用風(fēng)動(dòng)泵抽至上一級(jí)水倉，確保工作面掘進(jìn)安全。

3.2.3 在掘進(jìn)過程中加強(qiáng)水文地質(zhì)探查工作，尤其是工作面通過物探構(gòu)造區(qū)時(shí)要強(qiáng)化水文探查。在褶曲軸部及小斷層附近可能賦存砂巖裂隙水，形成一個(gè)富水帶，掘進(jìn)時(shí)可能突然涌出造成危害，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有水害征兆，如底鼓、底板滲水、煤壁滲水等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停止作業(yè)，采取措施排除水害。另外，掘進(jìn)過程中要加強(qiáng)巷道支護(hù)，清挖排水溝及各級(jí)排水系統(tǒng)。

3.2.4 目前，3100擴(kuò)區(qū)回風(fēng)下山自開門位置已掘進(jìn)500m，針對(duì)3煤質(zhì)情況及巷道內(nèi)出水情況，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，我單位采用多級(jí)小水泵（使用功率18.5kW以下水泵）及二級(jí)大水泵（使用功率75kW水泵）兩套排水系統(tǒng)保證掘進(jìn)工作面排水。

本掘進(jìn)工作面3煤質(zhì)以1/3焦煤為主，呈粉末狀，煤體中含有的雜質(zhì)及煤粉易溶于水，形成煤泥。電動(dòng)潛水泵主要以清水泵為主，抽排煤泥能力弱，所以各個(gè)水倉中煤泥積聚較嚴(yán)重，采用一套多級(jí)小水泵排水系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)水泵葉輪被煤泥糊住及排水管路因煤泥積聚導(dǎo)致排水量減少，最終導(dǎo)致燒泵現(xiàn)象頻繁。所以該掘進(jìn)工作面必須要有備用排水系統(tǒng)，根據(jù)2#探水硐室與開門位置標(biāo)高，經(jīng)計(jì)算得選用功率75kW的大水泵能滿足排水需要，且兩套排水系統(tǒng)來自不同的供電系統(tǒng)，從而保證兩套系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

針對(duì)底板砂巖水滲水的現(xiàn)象，從探水硐室及蓄水池以下2m處使用砌磚及混凝土澆筑的辦法，在巷道底板砌筑一道1m深擋水墻，保證蓄水池內(nèi)積水不能通過底板砂巖層位滲入。

并且我單位利用巷道水溝及各個(gè)蓄水池，使每個(gè)蓄水池以上巷道內(nèi)水流通過水管自流至蓄水池內(nèi)，保證每個(gè)蓄水池能充分截住巷道水流。

4 結(jié)語

按照水文地質(zhì)條件探查、水害評(píng)價(jià)及水害治理的思路進(jìn)行掘進(jìn)工作面底板水害防治，并將該方法應(yīng)用于下山掘進(jìn)工作面底板水害的防治，最后給出安全防范措施與建議。結(jié)合水文地質(zhì)條件探查結(jié)果和水害評(píng)價(jià)結(jié)果，給出該工作面實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)的防治水方案：采用疏干降壓的措施對(duì)富水區(qū)進(jìn)行提前探放水，將水壓降到安全范圍，以確保工作面的安全掘進(jìn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]虎維岳，田干.我國煤礦水害類型及其防治對(duì)策[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38（1）：92-96.

[責(zé)任編輯：王迎迎]