多煤層開采條件綜采面探放水技術應用

龐長慶

（國家能源集團神東煤炭集團布爾臺煤礦，內蒙古鄂爾多斯 017200）

布爾臺煤礦位于東勝煤田東南部，是一座特大型現代化礦井，設計生產能力為2000萬噸/年。礦井采用主斜井、副平硐、立（斜）風井綜合開拓方式，自上而下分為三個開采水平，礦井同時投產第一和第二水平。

42上204工作面位于井田中部，為42煤二盤區第四個工作面，工作面長度320m，回采長度4485.2m，煤層平均厚度6.2m，采用傾向長壁后退式綜合機械化放頂煤開采，全部垮落法處理采空區頂板。42上204工作面所在煤系地層為含水層，煤層頂板基巖裂隙水亦影響工作面回采，同時上覆有22煤采空區，采空區局部低洼處有積水，給工作面回采造成較大水害威脅，同時依據“預測預報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原則，均需提前探放治理。

1.水文地質條件

1.1 水文地質概況

工作面上覆含水層主要有延安組砂巖和直羅組砂巖，以大氣降水、地表水、潛水等側向徑流補給為主，補給源在區外。含水層的滲透系數K=0.00308～0.0249m/d，地下水礦化度較高（0.365～1.15g/l），承壓水徑流緩慢，補給條件差。

1.1.1 含水層

42上204工作面回采區域含水層劃分為4個含水層組，自上而下分別為：表層的松散巖類～半膠結巖類孔隙潛水含水層組、白堊系志丹群碎屑巖類裂隙潛水～微承壓水含水層組、侏羅系直羅組碎屑巖類裂隙承壓水含水層組、侏羅系延安組碎屑巖類裂隙承壓水含水層組和三疊系延長組碎屑巖類裂隙承壓水含水層組[1]。

1.1.2 隔水層

工作面回采范圍內有3層隔水層，分別位于侏羅系直羅組頂部、延安組三段頂部及延安組第一巖段52煤層底部，巖性以砂質泥巖、泥巖和粉砂巖為主，厚度0m～68.0m，平均27m左右，在井田內分布范圍廣，隔水性好[2]。

1.2 工作面充水因素分析

1.2.1 充水水源

工作面充水水源主要有3類：含水層水、上覆采空區水、相鄰采空區水。工作面主要充水含水層為42煤層與22煤層之間的第Ⅲ含水巖段基巖裂隙水，為煤系地層承壓含水層，對回采有一定影響，主要表現為支架間淋水。42上204工作面上覆有22煤204與205工作面采空區，依據22煤采空區底板起伏形態及回采時采空區返水資料，初步分析采空區有積水7.8萬m3，是工作面的重要充水水源。

工作面相鄰的42上203工作面采空區內積水約2.9萬m3，是工作面另一充水水源，對回采影響較大，主要表現為采空區密閉局部損壞，采空區水涌入工作面。

1.2.2 充水通道

工作面主要充水通道為煤層開采形成的導水裂隙帶，次要為基巖裂隙、構造裂隙。根據《布爾臺煤礦“兩帶”高度觀測總結》，實測42上煤導水裂隙帶高度為158.52m，故42上204工作面開采后導水裂隙帶發育至上覆22煤采空區及延安組、直羅組基巖裂隙含水層，成為工作面回采后的主要導水通道。

1.2.3 充水強度分析

工作面回采范圍上覆孔隙潛水含水層的富水性弱，且主要含水層為第四系沖洪積物。由于礦井各可采煤層與第四系潛水含水層間距較大，因此第四系潛水對礦井充水影響不大。中侏羅統延安組承壓水含水層富水性弱，因其是含煤地層，所以也是工作面的直接與主要充水含水層，即主要充水因素。志丹群和直羅組含水巖段、延安組下部和上三疊統延長組含水巖段的富水性弱，并且與煤層間有隔水性能良好的隔水層，阻斷了煤系地層與其水力聯系。工作面的主要充水水源第Ⅲ含水巖段基巖裂隙水，充水通道為煤層開采形成的導水裂隙帶、含水層中基巖裂隙、構造裂隙[3]。

若工作面回采遇到上覆采空區未疏放完畢的積水區或者相鄰采空區積水區，充水水源充足，充水通道發育，可能會使工作面涌水量突然增加。

2.綜合防治水技術措施

2.1 物探

2.1.1 探測目的及物探方法

42上204工作面上覆有22煤采空區積水，通過前期的防治水工作可知采空區積水范圍、位置及積水量基本清楚，但由于采空區局部起伏較大，部分區域積水情況未知。其次42上煤與22煤層間距57m～79m，基巖相對富水性，基巖裂隙、構造裂隙的儲水、導水性都需要進一步探測分析。故需要選擇物探技術探測上覆采空區及基巖裂縫富水情況，經綜合分析，決定選取目前技術成熟、便于井下施工的音頻電穿透法。

2.1.2 物探工程量

本次物探工程布置在42上204工作面，從切眼到工作面主回撤通道，兩順槽巷道每10m布置測點，共計測點898個。

音頻電透視法供電點距50m、接收點距10m。采集發射點對應前后100m范圍內的數據，采用雙頻點施工，探查工作面頂板上0m～60m、60m～100m深度層段巖層中的賦水異常區的平面位置、形態及含水性的相對強弱[4]。

2.1.3 物探成果

通過礦井音頻電透視獲得了42上204工作面頂板上0m～60m、60m～100m。42上204工作面頂板上0m～60m附近層段內巖層共有6處異常區，分別對應1、2、3、4、5、6號異常區。42上204工作面頂板上60m～100m附近層段內巖層共有11處異常區，分別對應1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11號異常區。

由于42上煤與22煤層間距59m～79m，42上204工作面主要水害威脅為上覆老空水，故主要以42上204工作面頂板上60m～100m音頻電穿透視成果圖來分析上覆采空區積水，作為疏放采空區積水鉆孔布置的參考。

2.2 鉆探

2.2.1 鉆探工程布置及工程量

42上204切眼、204主運、205輔運共施工疏放水鉆孔45個，設計進尺5200m。T1-T36疏放水鉆孔由42煤巷頂向22煤采空區底板低洼處施工；Y1-Y9孔由42煤巷頂向物探異常區施工。

2.2.2 施工技術與要求

探放水鉆孔均由ZDY4200L專用探放水鉆機施工，施工前必須將鉆機按規定進行穩固，確保現場安全施工。探放水孔開孔直徑均為φ113mm，鉆進11m，下φ89mm封口管10m，封孔管要固結牢固并防止漏水，封孔管外焊接鐵托盤，托盤兩側各用φ18×2.1螺紋鋼錨桿固定，每根錨桿承受壓強7.5MPa，完全滿足固定封口管要求。套管口安裝閘閥，套管上安裝水壓表和閘門，以收集放水時的水量、水壓等資料。套管固結后，必須進行耐壓試驗，試驗壓強2MPa，試驗時間不少于30min，以套管不松動、不漏水為合格。

2.2.3 鉆探成果

本次探放水工程施工探放水鉆孔45個，進尺5270m。單孔初始涌水量最大30m3/h，經過11個月的疏放，目前只有T3和Y9鉆孔涌水量穩定在3m2/h，其余鉆孔均為無水或者淋水，探放水工程累計疏放水量7.81萬m3。

3.結語

本次探放水工程累計疏放水7.81萬m3，通過后期捅孔和施工驗證孔，進一步確定上覆采空區積水已疏放完畢；通過預計上覆采空區積水量，運用分階段疏放水技術分別對上覆老采空區水進行了提前疏放，探索出了適合多煤層開采上覆采空區水防治模式。