同家梁煤礦8105工作面綜合防治水技術研究

溫思南

（大同煤礦集團有限責任公司同家梁礦，山西 大同 037025）

同家梁煤礦所開采的8#煤層8105工作面位于同忻井田東部，頂板為平均厚度17m的砂巖，富水性較弱。工作面上覆為積水量預計達30萬m3的5#煤層8104、8105采空區，同時存在井下未封堵地質勘探鉆孔。上述開采因素對8#煤層8105工作面生產作業造成極大威脅。

1 工作面概況

8#煤層煤體構造單一，平均煤厚3.63m，煤層傾角0～14°，巷道掘進支護方式為錨網支護。8105工作面采位1178m處揭露厚度0.8～2.5m的火成巖巖墻，5104巷采位1509m處揭露落差0.5m。根據5#煤層工作面探測8#層煤厚鉆孔顯示，8#層5105巷距回風巷600～720m范圍為煤層變薄區，分析8#層8105面基本無大的地質構造。

2 8105工作面水患分析

2.1 上覆侏羅紀采空區情況

工作面對應上部有同家梁礦侏羅系8#、11#、12#、14#層采空區和煤峪口礦侏羅系3#、9#、11#、14#層采空區，其中侏羅系14#層與工作面層間距為179.5m。同忻礦在回采C3-5#層8104、8105工作面前，已對上覆侏羅紀煤層采空區積水進行探放，侏羅系采空區對8105工作面開采無水患威脅。

2.2 上覆C3-5#層采空區積水情況

上覆為C3-5#層北一盤區8105、8104工作面，與C3-5#層8104、8105工作面間距19～37m，平均25m左右。其中C3-5#層8104面于2014年5月回采完畢，C3-5#層8105面于2013年7月回采完畢，至今已有6年之久，預計均存在大量采空區積水。根據工作面回采時間及日常涌水量分析C3-5#8104工作面積水標高約800m，積水面積33.64萬m2，根據采空區積水量公式Q=KMF/cosa[1]，采空區內積水量約20.20萬m3；C3-5#層8105工作面積水標高800m，積水面積16.34萬m2，根據公式計算得出采空區積水量約9.80萬m3。合計積水量約為30.0萬m3，上覆C3-5#層8104、8105采空區積水對C8#層8105工作面采掘影響較大。

2.3 C8#煤層頂板含水情況

8#層頂板與C3-5#層底板之間為砂巖及泥巖，其中砂巖厚度在17m左右，富水性弱，巷道掘進期間會出現不同程度淋水，對生產造成一定影響。

2.4 寒武-奧陶系灰巖承壓水、構造水情況

寒武-奧陶系灰巖頂板標高705～715/710m，C8#層8105工作面標高756～777/766.5m，隔水層厚度43～50m。工作面中部隔水層略薄43～45m，工作面西部及東部隔水層略厚45～50m。一盤區8#層皮帶巷突水系數T＜0.06MPa/m，處于安全區，巖溶水突水危險性較小。雖然上覆C3-5#層未揭露大的斷裂構造，但不排除8#層8105工作面內部及下伏可能存在隱伏地質構造導通下伏寒武系灰巖承壓水，對工作面回采造成影響。

2.5 鉆孔水情況

工作面內存在的TX0904號、1802號鉆孔均為封堵良好鉆孔，但C3-5#層8104、8105工作面在采掘前期均向8#層施工了井下地質孔，此類鉆孔未封堵。根據鉆孔位置分析，雖然對掘進無影響，但8105工作面回采前需制定安全技術措施，防范鉆孔導通上覆采空區造成影響。

最后，通過分析得出影響8105工作面采掘的水患主要為上覆C3-5#層采空區積水，以及下伏寒武系灰巖通過隱伏構造導通灰巖承壓水。同時，掘進期間可能揭露上覆含水層裂隙水，對巷道造成一定影響。

3 防治水工程技術研究

3.1 前期準備

工作面回采前防治水工作主要有物探收集資料、異常區專項探測鉆孔及采前綜合評價，為工作面精細化安全評價提供數據。回采前對收集的物探、鉆探及水文孔資料經科研院精細化評價符合要求后方可施工。

3.2 掘進期間探放水設計

3.2.1 物探設計

8105工作面順槽掘進期間采用直流電法勘探和瞬變電磁法兩種物探方法進行超前探測。采用瞬變電磁法對掘進巷道進行超前探查時，勘探裝置類型采用重疊回線組合裝置[2]，邊長1.5m的激發接收正方形線圈，激發線圈匝數4匝，接收線圈匝數40匝[3]。供電電流檔為2A，供電脈寬10ms，采樣率16μS[4]。工作面布置測線3條，每條測線11個物理點。具體物探施工圖如圖1、圖2所示。

圖1 瞬變電磁法平面示意圖

圖2 瞬變電磁法剖面示意圖

采用直流電法時，在巷道掘進面上以一定間隔布置A1（距掘進頭14m）、A2、A3三個供電電極，布置向后無窮遠B電極500m（實際操作中大于140m）。A1、A2、A3三個供電電極和測量極M、N間距依次以4m的距離從前往后排開，測量極M、N極移動25次。[5]直流電法超前物探施工如圖3所示。

圖3 直流電法超前探施工方法示意圖

當超前物探探測存在異常，針對異常區域編制專項探放水設計，進行異常區鉆探驗證。

3.2.2 超前鉆探設計

當超前物探探測無異常時，順槽鉆探設計為50m1組，每組施工4個鉆孔。鉆機選用型號ZLJ-850礦用坑道鉆機，鉆具配備鉆桿Φ50mm，孔徑Φ65mm。1#、2#、3#鉆孔順煤層扇形布置，主要探測同層前方扇形范圍內煤層內的隱伏構造及其導水性。超前探查鉆孔如圖4所示，具體參數見表1。

圖4 超前探查鉆孔剖面示意圖

表1 超前探鉆孔設計參數表

3.2.3 老空水提前探放鉆探設計

為了減小對掘進工期的影響，特針對上覆C3-5#煤層8104及8105采空區設計深孔提前探放采空區積水，具體參數見表2。

表2 老空水探放鉆孔設計參數表（部分）

3.2.4 采空區低洼處積水驗證及探放鉆孔設計

8105工作面上覆存在2個采空區，為避免上述物探手段無法探清、放盡采空區局部低洼積水，故設計在巷道特定位置施工鉆孔探測上覆采空積水區，確保排凈低洼處積水。具體鉆孔參數見表3。

表3 采空低洼處積水鉆孔設計參數表（部分）

以上鉆孔在掘進到施工位置時應及時施工，如若發現存在異常淋水現象，需及時停掘補孔。

4 排水系統配備及水害避災路線

考慮到工作面上覆C3-5#層采空區積水排放、底板巖溶承壓水突水等特殊狀況，參照塔山礦奧灰水突水水量，工作面排水能力≥300m3/h。采掘期間，工作面排水系統必須保證兩順槽各安設兩趟4寸排水管路，在巷道低洼處留設三通口，安裝逆止閥，并按規定設置臨時水倉。排水路線為北一盤區8#層5105巷→北一盤區8#層輔運巷→中央水倉→地面；水害避災路線為北一盤區8#層5105巷→北一盤區8#層回風巷→北一盤區C3-5#層回風巷→一回風立井→地面。避災及排水路線如圖5所示。

圖5 8105工作面各巷水害避災及排水路線示意圖

5 防治效果

工作面回采前，充分收集物探、鉆探及水文孔資料，開展工作面安全開采精細化評價，有效規避消除了水害隱患因素，提高了工作面掘進的安全性。生產過程中在工作面圈出后，通過采用物探、超前鉆探、老空水提前探放及采空區低洼處積水探放等手段，可有效探查掘進前方及下伏隱伏導水構造，防范巖溶承壓水、構造水對回采工作的影響。對異常區進行采前專項探放，系統的總結整理、綜合分析各項防治水成果，對工作面整體防治水情況再次進行采前綜合安全評價。通過上述探測數據的分析評價，技術手段的綜合利用，對同家梁煤礦8105工作面采煤掘進提供有效指導。8105工作面回采期間通過采取上述技術手段，未出現頂板淋水、突水等現象，取得較好效果。

6 結語

同家梁煤礦8105工作面在開采前期，對可能存在的水患進行綜合分析，包括上覆采空區積水、頂板巖層含水及寒武-奧陶系灰巖承壓水、構造水。通過評價分析結果，結合水文地質現狀，采用科學的技術方法進行綜合治理，取得了較好的成效，避免了工作面在掘進期間的頂板突水、勘探鉆孔出水等水患危害，確保了工作面的安全、穩定、高效生產。