萬年礦下組煤首采工作面綜合防治水技術研究與應用

趙冬雪 王金杰

冀中能源峰峰集團有限公司萬年礦 河北省 056302

隨著我礦開采年限的增加，2號煤層可采儲量頻臨枯竭，因此開采9號煤層提高我礦可采儲量、延長服務年限重中之重的工作，開采9號煤層首要解決技術問題是對影響開采的各種水害威脅進行分析研究與治理。

一、13902工作面概況

13902工作面位于±0北翼采區，南為北翼軌道大巷，西鄰武安莊晏雙增煤礦和13226工作面采空區，東為F6號斷層，北為萬年礦上覆2號煤層13227采空區。工作面走向長497m，傾斜長100m，煤層平均厚度2.0m，工作面與上覆2號、4號煤層間距分別為90m、60m。工作面可采儲量約18萬噸。該工作面為我礦開采-50m以淺下組煤的首采工作面。

13902工作面地面位于地面位我礦工業廣場北側，以農田為主，無較大建筑物。本區工作面開采煤層為9號煤（下架煤），煤層較穩定，煤層傾向320?～340?，傾角1?～5?，平均3?，工作面煤層底板標高-26m～ -48m。工作面外側主要有F6（H=60m）、F6-2（H=8m）兩條斷層。 二、水害分析

經過對本區開采9號煤層的水文地質條件分析，13902工作面開采所受的主要水害威脅為：小煤礦采空區積水、大青灰巖含水層、奧陶紀灰巖含水層。

1、小煤礦采空區積水水害威脅：巷道布置在莊晏小煤礦開采范圍內，對小煤礦調查的原始資料查閱，小煤礦開采到4號煤層；由于小煤礦在生產中無原則性越界、越層亂采及虛報、瞞報生產資料，甚至有些開采工程根本無資料，因此在本區域開采9號煤層存在小煤礦老空水水害威脅。

2、大青灰巖含水層：含水層厚度4.52m。裂隙發育，為9#煤間接底板，下距9#煤3.0m左右。富水性不均勻，局部富水性強，由于本區斷裂構造較為發育，可能與奧陶系灰巖含水層水力聯系密切，所以會對工作面開采造成一定程度的影響。根據《萬年礦-50m以淺下組煤開采水文地質條件評價報告》，由于首采工作面大部分位于奧灰水位以上，參照局部含有殘存水的伏青灰巖涌水量估算方法，揭露大青灰巖的涌水量0.5—1.0m?/min，對掘進回采無威脅，但要增加排水量。

3、奧陶系灰巖含水層：含水層厚度約70～230m，位于9#煤層下部，該含水層富水性強，本區奧灰頂面距9#煤底板隔水層一般厚度20m左右。經過對工作面附近W11、W15的水位觀測，水位標高-25m左右，工作面最低標高-48m，通過計算其底板最大突水系數為0.0215，（T=P/Ha=0.43/20=0.0215）。雖然突水系數小于0.06MPa/m，但9#煤層于奧灰強含水層之間的隔水層厚度小（僅20m左右），在掘進及回采中受礦壓影響，小斷層、裂隙活化，存在奧灰水涌入巷道或工作面威脅。

二、下組煤開采水害防治的工作思路

開采井田淺部9號煤層面臨的防治水技術問題主要是：查清小煤礦開采范圍及開采層位，健全排水系統，建全井下含水層水位觀測系統，建立水文觀測網絡，并與開掘工作面超前探水和回采工作面采前地板水文地質探查及底板注漿相結合，對掘進工作面超前探測小煤礦采空區及導水構造工作，分析工作面水文地質條件，采前評價對底板進行注漿加固，落實水害治理措施后在進行安全回采。

三、防治水措施具體實施

1、開采9號煤無疑會增加我礦±0水平北正巷涌水量，基于我礦目前北正巷水溝排水能力富余量已經不大，因此開采9號煤之前提前將±0水平北副巷水溝挖通，保證掘進及回采前可以正常排水。

2、在出煤及運輸兩條巷道施工水閘門并經嚴格試壓驗收。將其9號煤隔離開采，以防在水患發生時，能夠使礦井分區隔離，縮小災情影響范圍，控制水勢危害，確保礦井安全。

3、13902工作面掘進中加強對底板導水構造及小煤礦采空區的探查。查閱原始資料及地面調查相結合的方式確定積水線、探水線、警戒線；依據本區域2號煤層已有的地質資料分析9號煤層地質構造；掘進中采取超前探水措施，堅持“逢掘必探、先探后掘”原則，物探與鉆探相結合的方式探清掘進前方無水害隱患后再掘進至允許掘進位置進行下一次探測保證巷道安全掘進。

4、工作面形成后對于水位以下區域進行水文地質探查和底板注漿加固。 a、注漿范圍：根據902工作面實際標高及奧灰水位按回采底板的破壞深 度10m，在工作面煤層底板標高-25m以下為注漿加固范圍，運料巷（切眼往外102m）溜子道（切眼往外126m）注漿面積為15400m?。

b、注漿鉆孔要求：鉆孔設計以斜孔為主，使鉆孔揭露盡可能的長的底板含水層及裂隙發育帶，以查明工作面底板含水層及裂隙發育帶的水文地質特征。

c、注漿及鉆孔終孔層段：主要選擇在工作面底板下10～15m層段，該段巖性為10號煤、粉砂巖與細砂巖，發育有孔隙、裂隙，具備注漿條件，再向下的泥巖與鋁土質泥巖一般不適于注漿，工作面底板至10號煤頂板細砂巖，因距底板較近，該段大部將處于后繼采動破壞的范圍之內，失去了加固意義。因此，注漿加固段選擇在10號煤層以下的層段為主。注漿鉆孔在施工未達到目的層時出水，對鉆孔進行注漿，凝固一定時間后進行掃孔，掃孔時仍出水，繼續注漿直至不出水或微小出水。

d、底板注漿加固：（1）、底板注漿加固基本是在隔水層層中進行的，所注層位的裂隙一般也比較細小。因此，采用的注漿步驟如下：注漿前，先注清水，一方面沖洗裂面，清理注漿通道；另一方面根據吃水情況確定注漿泵初識排量和漿液參數調控范圍，然后進行注漿加固。開始時多采用的是稀漿，具體情況視鉆孔吸水率而定，采用水灰比1.5：1或2：1甚至3：1，而后逐漸改用濃漿（1～0.75）：1，這樣效果比較明顯。（2）、當鉆孔出水量較大（10m?/h），且通過水樣確定為奧灰水時，通過對奧灰頂部或隔水層底部實施注漿充填改造，以及對隔水層中可注漿層位進行注漿，將其薄弱帶的裂隙水擠走，從而截斷隔水層的裂隙水與底部奧灰水的溝通聯系。（3）、注漿驗證：全面注漿后，檢查孔對注漿效果進行了驗證及補注，所有鉆孔涌水量基本無水或微小，通過注漿工程大大增強了底板隔水層的阻水性能，起到了加固目的。通過鉆孔注漿量分析本區域底板裂隙不發育且鉆探探查工程量較密，對于底板發育的裂隙達到了控制和注漿封堵的目的，工作面可以安全回采。

四、結束語

通過科學的和有針對性的防治水技術和防治水工程實施，實現了首采工作面的安全掘進，具備了安全回采的條件，積累了豐富的實踐經驗，取得了較為豐富的技術參數，對本礦井開采淺部9號煤層具有里程碑的意義。開采井田淺部的9號煤層，增加了本礦可采儲量和延長礦井服務年限。通過對開采13902工作面的防治水技術進行分析研究，對實施的防治水措施進行總結，為我礦今后9號煤開采和相似條件下其他礦井下組煤開采具有重要的指導作用。