晉牛煤礦首采工作面綜合防治水技術的應用

牛新新

（山西晉煤集團臨汾晉牛煤礦投資有限責任公司，山西臨汾 041000）

晉牛煤礦首采工作面綜合防治水技術的應用

牛新新

（山西晉煤集團臨汾晉牛煤礦投資有限責任公司，山西臨汾 041000）

晉牛煤礦針對首采工作面開采前面臨的水害威脅問題，從綜合立體物探、探放水工程、排水系統(tǒng)布置及地面治理等方面進行了綜合立體防治水技術措施的闡述和分析，為綜采工作面順利回采積累了經(jīng)驗，為今后水害嚴重的工作面正常回采提供了可靠的技術保障。

綜采工作面；綜合立體防治水技術

晉牛煤礦設計能力為0.90 Mt/a的現(xiàn)代化礦井，由6座煤礦整合而成，礦井水文地質(zhì)類型為中等型，首采區(qū)位于礦井西南部區(qū)域，煤層賦存較為穩(wěn)定，厚度適中，并且采區(qū)范圍比較規(guī)整，利于工作面的布置，三維地震及鉆探資料表明，該區(qū)構造及水文地質(zhì)條件中等。1303工作面作為首采區(qū)第一個工作面，該工作面防治水成功與否，直接關系到晉牛礦聯(lián)合試運轉(zhuǎn)安全及投產(chǎn)后的礦井安全。

1 1303工作面概況

1.1 1303 工作面基本情況

1303工作面位于一采區(qū)西北部，走向長壁式布置，走向長度965m，傾斜長度180m，工作面底板標高+1049m～+1071m[1]，兩巷起伏大，巷道底板標高最大落差22m，總體由一向斜所控制，呈西高東低，南高北低趨勢，1303工作面為ZF7200/17/ 33.5型放頂煤液壓支架共安裝支架120架，所采煤層為9號、10號和11號煤層，平均煤厚5.14m，可采儲量93.9萬t[1]。

1.2 1303工作面水文地質(zhì)情況

工作面回采過程中，主要充水水源為大氣降水、9號、10號和11號煤層上覆的K2灰?guī)r巖裂隙水、2號煤層采空積水及本煤層采空積水[1]，本煤層與2號煤層間距約為80m。井田內(nèi)奧灰水巖溶水位標高為565m～735m，9號、10號和11號煤層底板標高最低為910m，高于奧灰水位約140m，奧灰?guī)r溶水對煤層開采無影響[1]。

2 防治水技術措施

2.1 具體方案

根據(jù)1303工作面情況及礦井實際開采情況，遵循“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則[2]，水害治理采用“物探先行，鉆探驗證”的工作方法。首先在地面對采區(qū)開展三維地震工作，查明5m以上斷層、直徑大于20m的陷落柱，有效地減少和避免地質(zhì)風險；其次在1303工作面巷道掘進過程中采用礦井瞬變電磁及高密度電法對工作面兩順槽進行超前探測；再次在工作面圈成后分別采用坑道透視探測、地面瞬變電磁法勘探以及井下瞬變電磁探測方法進行探測；最后采用鉆探方式對巷道進行鉆探驗證、對頂板2號煤采空積水進行探放；同時完善采面排水系統(tǒng)；預先進行地表處理等措施，有效防止水害事故的發(fā)生。

2.2 綜合立體物探技術

2.2.1 礦井瞬變電磁探測

瞬變電磁法或稱時間域電磁法（簡稱TEM），它是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法[2]。用以查明首采工作面頂板砂巖富水性，查明首采面周邊老空區(qū)及老巷富水情況。提出針對首采面頂板砂巖水賦存特征的防治水措施。1303工作面瞬變電磁探測中，該工作面頂?shù)装逯饕嬖?處低阻異常區(qū)，見圖1。

2.2.2 地面瞬變電磁探測

因2號煤層采空積水及本煤層采空積水為1303工作面主要充水水源，為查明1303工作面采空區(qū)分布范圍及視電阻率分布情況，在對1303工作面施工井下瞬變電磁的同時施工了地面瞬變電磁探測。共查明2號煤層富水異常區(qū)4個，見圖2。K2、K3、K4石灰?guī)r含水層是9+10+11號煤層的直接頂板充水含水層，共查明9號、10號和11號煤層富水異常區(qū)4個。1303工作面9號、10號和11號煤層頂板綜合物探成果圖，見圖3。

2.2.3工作面坑道透視

在礦井下，電磁波穿過煤層途中遇到斷層、陷落柱或其它構造時，波能量被吸收或完全被屏蔽，則在接收巷道收到微弱信號或收不到透射信號，形成所謂的透視異常。探明構造發(fā)育情況及工作面內(nèi)隱伏構造，為煤層安全高效回采提供有效的技術參數(shù)。1303工作面坑透共查得異常區(qū)3個，工作面坑道透視探測成果示意圖，見圖4。

2.3.探放水工程

2.3.1 疏放2號煤層采空積水及頂板砂巖裂隙含水

在1303工作面兩順槽布置探放水孔，提前疏放上覆富水區(qū)的靜壓水，減輕2號煤層采空積水及頂板砂巖裂隙含水對工作面回采的影響。鉆孔設計覆蓋切眼布置4個鉆孔，在順槽巷道切眼處開始每50m 1個，方位角差180°交替以傾角70°向巷道頂板施工鉆孔，孔深約85m，（以探至2號煤層或探到2號煤層采空區(qū)為準，如不能判明是否鉆進到2號煤層，進行取芯，每次取芯不低于5m，直至判明為止）。針對2號煤物探結(jié)果進行加密鉆探驗證。同時根據(jù)現(xiàn)場放水情況，在順槽低洼處增加部分鉆孔。1303工作面放水孔共施工46個，鉆孔累計初始泄水量為200m3/h，現(xiàn)實際泄水量為19m3/h，累計泄放水量為255 977m3。1303工作面2號煤層探放水孔布置示意圖，見圖5。

2.3.2 本煤層老空積水探放

在工作面掘進過程中，仍然不能排除周邊同層小煤礦對該工作面的破壞。在回采工作面兩側(cè)延順槽方向每50m布置一個探測鉆孔，異常區(qū)域根據(jù)專門的異常區(qū)域鉆孔設計，執(zhí)行本措施施工鉆孔。依據(jù)有采必探和異常區(qū)鉆孔設計1303工作面共施工35個鉆孔。1303工作面“有采必探”鉆孔布置示意圖，見圖6。

2.4 排水系統(tǒng)布置

2.4.12 號煤層水量預計

根據(jù)在水力學伯努利（DanielBernouli）方程的基礎上推導出一種井下探放水鉆孔涌水量計算公式。預計單孔水量

式中：Q為鉆孔涌水量，m3/h；D為鉆孔孔徑，0.075m；Ha為鉆孔出水口以上的水頭高度，100m，；L為鉆孔深度，86m；g為重力加速度，m/s2；λ為沿程阻力系數(shù)，根據(jù)公式取0.04。

代入數(shù)據(jù)計算，則鉆孔涌水量Q為：

通過計算可得單孔放水量約為103m3/h。

2.4.2 順槽排水系統(tǒng)

因2號煤單孔放水量最大約為103m3/h，根據(jù)以往觀測資料，預計本煤層涌水量最大為20m3/h，兩順槽2號煤放水孔各布置一只探放水隊伍，從里向外依次探放施工，經(jīng)觀測兩順槽最大涌水量約為300m3/h。工作面總體趨勢是進風巷高于回風巷，水總是流向回風巷側(cè)。因此把排水的重點放在回風巷低洼處，并考慮涌水量突變情況，在巷道最低點布置三臺水泵，以防突水時應急使用。進風巷共設置三個水窩。1號水窩（容積8m3）位于約80m處，安裝兩臺22 kW水泵，一用一備；2號水窩（容積8m3）位于約230m處，安裝22 kW、37 kW水泵各一臺，一用一備；3號水窩（容積35m3）位于約450m處，安裝37 kW水泵兩臺，55 kW水泵一臺，一用一備一檢修。安裝4寸、號6寸排水管路各一趟，一趟直接排至主水倉，一趟排至采區(qū)水倉；回風巷共設置四個水窩。1號水窩（容積18m3）位于約200m處，安裝兩臺22 kW水泵，一用一備；2號水窩（容積93m3）位于約450m處，設計安裝37 kW水泵兩臺、55 kW水泵一臺，一用一備一檢修；3號水窩（容積37m3）位于約625m處（變坡點處），安裝37 kW水泵兩臺，55 kW水泵一臺，一用一備一檢修。4號水窩（容積60m3）位于約654m處（變坡點處），設計安裝37 kW水泵兩臺，55 kW水泵一臺，一用一備一檢修安裝4寸、6寸排水管路各一趟，一趟直接排至主水倉，一趟排至采區(qū)水倉。4趟排水管路總排水能力最大可達750m3/h，是預測涌水量的2.5倍。

2.5 地面治理

多年來，由于地方小煤窯濫采濫挖，地面塌陷破壞嚴重[4]，雨季時，小煤窯開采后地表塌陷形成一個個大小不一的漏斗，成為匯水區(qū)和匯水通道，使得大氣降水直接通過塌陷漏斗直接補給給礦井。防止大氣降水進入井下，對地表塌陷和廢棄小窯進行充填治理，對通過礦區(qū)的季節(jié)性河流滲漏段進行綜合治理。

3 結(jié)束語

通過綜合立體物探方法對富水區(qū)進行探測、施工立體鉆探、完善排水系統(tǒng)、地面治理等措施形成的井上下綜合防治水技術的試驗及應用，得到如下結(jié)論：

1）工作面圈成后采用坑道透視探測、地面瞬變電磁法勘探以及井下瞬變電磁探測方法進行探測；可大大提高物探方法探測富水區(qū)的精度，探水成功率達85%以上。

2）綜合立體物探技術的應用減少了超前鉆探，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

3）工作面共設計施工探放水鉆孔81個，截止老頂初次垮落，累計疏放水26.7萬m3，大大降低了采空區(qū)的水位，減輕了采空區(qū)的水對首采面的壓力。經(jīng)過實施探放水，工作面生產(chǎn)期間的涌水量為20m3/h～30m3/h，保證了礦井的安全生產(chǎn)。取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。晉牛礦通過采取井上下綜合防治水措施，實現(xiàn)了1303綜采工作面的安全生產(chǎn)。

4）通過疏通河道并對滲漏段鋪底，堵截了大氣降水進入井下的渠道。

5）合理規(guī)劃排水系統(tǒng)，緩解了生產(chǎn)期間工作面的排水壓力，保證了工作面正常回采。

6）形成一套以綜合立體勘探為主，完善排水系統(tǒng)和地面治理為輔的綜合防治水技術,對類似條件下煤層開采具有重要的參考意義，具有良好的推廣前景。

參考文獻：

[1]晉牛公司.晉牛公司1303工作面地質(zhì)說明書[R].臨汾：山西晉煤集團晉牛煤礦投資有限責任公司，2014.

[2]晉牛公司.晉牛公司地質(zhì)報告[R].臨汾：山西晉煤集團晉牛煤礦投資有限責任公司，2011.

[3]丁希陽，馬沖，王均雙.瞬變電磁法在斷層防治水中的應用[J].山東煤炭科技，2008（2）：131-133.

[4]劉建武，吳炳火.沿溝煤礦地面防治水綜合治理的實踐與認識[J].江西煤炭科技，2012（2）：13-14.

Water Control Technology of First Mining Face in Jinniu Mine

NIU Xinxin
(Jinniu Coal Investment Co.,Ltd.,Jincheng Coal Group,Linfen 041000,China)

To solve water hazards at the first working face in Jinniumine beforemining,an integrated three-dimensional water control technology was presented and analyzed in terms of integrated three-dimensional geophysical prospecting,water exploration engineering,layout of drainage system,and ground water control,which accumulated experience for smoothmining of the fully-mechanizedmining face and offered reliable technical guarantee for normal caving on the working face with severe water hazards.

fullymechanized workingface;integrated three-dimensional water control technology

TD744

A

1672-5050（2015）05-0023-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.009

（編輯：劉新光）

2015-06-24

牛新新（1987-），男，山西澤州人，大學本科，助理工程師，從事采掘技術及地測防治水管理工作。