工作面安全開采綜合防治水分析

肖 飛

（陽煤興峪煤業公司，山西 陽泉 045000 ）

工作面水害問題是井下回采安全的主要威脅，如何實現對其有效治理，長期以來一直是礦井生產安全管理的重點所在，因此積極結合現代化技術手段，開展工作面綜合防治水技術的探究，將有效的綜合防治水手段合理運用到礦井回采作業中，最大程度提升回采作業安全性，對礦井的長久發展意義重大。

1 工程概述

1.1 回采工作面概述

興峪礦為產能90萬t/a的現代化礦井，屬于中等水文地質類型，1303工作面為首采工作面，位于井田西北部，采用走向長壁式回采工藝，工作面走向長960 m，傾向長160 m，巷道兩巷起伏明顯，底板高程差最大20 m，整體呈現西高東低的態勢，工作面主采煤層為3#煤，煤厚均值5.2 m。

1.2 水文地質概述

結合興峪礦以往回采作業實踐經驗，其回采作業后產生的導水裂隙帶最大高度可達120m左右，而1303回采面同上部2#煤層間隔僅70m，同上覆灰巖裂隙水含水層僅100m，因此1303工作面回采中的主要充水水源為上覆灰巖層裂隙水、上部2#煤層采空積水和本煤層采空積水，作業時回采面排水量可達40～200m3/h，對回采作業的安全有著嚴重威脅。此外，井田范圍內的奧灰水含水層標高介于+541m～ +689m之間，3#煤層底板標高最小為+840 m，高出奧灰水含水層150m，因此奧灰水對煤層回采作業無影響。

2 工作面綜合防治水措施分析

2.1 方案設計

結合1303工作面實際開采情況，基于“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則，確保防治水作業的有效性。首先在確定工作圈后使用坑道透視技術、瞬變電磁探測技術等對回采面開展探測作業；隨后結合探測結果采用探放水工藝對工作面上部頂板裂隙水和2#煤層采空積水及本煤層采空積水進行探放，同時進一步優化回采面排水系統，從而實現水害事故隱患的最大消除。

2.2 綜合物探分析

（1）井下瞬變電磁探測

借助井下瞬變電磁探測技術探明興峪礦1303工作面本煤層周邊老空積水情況，所得結果如圖1所示，由圖片分析可知1303工作面回采煤層中存在4處低阻異常區域，表明這些區域屬于富水區域。

圖1 1301工作面井下瞬變電磁探測異常區域分布示意圖

（2）地面瞬變電測探測

鑒于1303工作面上部2#煤層老空積水和本煤層積水為回采作業中的主要充水水源，為有效探明1303工作面覆巖采空區分布范圍和視電阻率特征，針對1303工作面進行瞬變電磁探測的同時，對其同步進行地面瞬變電測探測。探測結果如圖2和圖3所示，其中圖2為頂板2#煤層采空區物探成果示意圖，由圖片分析可知2#煤層采空區中存在4處視電阻率異常區域，推測為富水區域，需超前排放；圖3為頂板覆巖層綜合物探成果示意圖，由圖片分析可知1303工作面上部覆巖層中同樣存在4處視電阻率異常區域，推測為覆巖裂隙水聚集區。

圖2 頂板2#煤層采空區物探成果示意圖

圖3 頂板覆巖層綜合物探成果示意圖

（3）坑道透視分析

井下環境中，電磁波穿過煤層時若遭遇斷層或陷落柱等地質構造，其波能量往往會被完全吸收或屏蔽，這種情況下接收巷道就會無法接收或只能接收很微弱的透射信號，導致透射異常現象的出現。基于這一原理，在1303工作面使用坑道透視技術對回采面煤層中的隱伏構造進行探查。針對1303工作面的坑道透視探測結果，其回采范圍內存在異常區域3處，推測為斷層或陷落柱。

3 探放水工程分析

3.1 頂板裂隙水及采空積水探放

在1303工作面兩側巷道中布設探放排水孔對頂板裂隙水及采空積水進行超前排放，兩側巷道自開切眼位置起每間隔50 m布設鉆孔1個進行物探作業，鉆孔傾角70°，深80 m，并根據物探結果進行排放孔的密集鉆設，同時結合排放水實際，在巷道低洼處適度增加鉆孔數量。整個1303工作面回采過程中施工頂板排放水鉆孔45個，排水量均值達到18 m3/h，累計排放頂板積水25.5萬m3。圖4為頂板探放水鉆孔布設示意圖。

圖4 頂板探放水鉆孔布設示意圖

3.2 本煤層老空積水探放

結合前期井下瞬變電磁探測結果，針對本煤層周邊采空區積水進行超前抽排。自回采面沿順槽方向每間隔50 m布設探測鉆孔一個，針對其中的異常區域布設密集排放鉆孔，鉆孔直徑50 mm，深90 m，整個工作面先后共布設排放鉆孔30個，圖5為鉆孔布設示意圖。

圖5 本煤層探放鉆孔布設示意圖

3.3 工作面排放水系統布設

結合井下實際勘測，1303回采面巷道涌水量最大為200m3/h，同時考慮工作面高程為回風巷低于進風巷，因此將回風巷低洼處作為排水重點區域。在該區域布設水窩三個，其中1#水窩容積8m3，距開切眼80m，配套22kW水泵兩臺；2#水窩容積8m3，距開切眼250m，配套22kW水泵和37kW水泵各一臺；3#水窩容積34m3，距開切眼460 m，配套37kW水泵兩臺。同時巷道內使用直徑分別為4寸和6寸的管道布設排水管路各一條，分別聯通井下主水倉和采區水倉，兩條排水管路最大排水量可達450m3/h，為井下涌水量最大值的2倍，可滿足安全生產相關要求。

4 總結

本次研究使用綜合物探技術對井下富水區域予以精準勘測和定位，并以此為基礎制定配套的綜合防治水措施，從而最大程度降低了井下水害對生產安全的威脅，在提升作業安全性的同時保障了井下生產的持續、高效開展，對礦井綜合效益的增加意義重大。