下组煤承压水上开采综合技术研究

孙鑫

（冀中能源股份有限公司葛泉矿 河北 邢台 054102）

下组煤承压水上开采综合技术研究

孙鑫

（冀中能源股份有限公司葛泉矿 河北 邢台 054102）

葛泉矿通过对9＃煤层底板本溪灰岩含水层进行注浆加固改造，解放受奥陶系灰岩含水层威胁的下组煤煤炭资源，取得较好的经济效益和社会效益。同时积累了一系列下组煤开采防治水经验、防灭火方法以及厚煤层的开采技术。

水文地质；注浆加固改造；托顶煤；回收率

葛泉矿东井位于葛泉井田南翼，在葛泉矿工业广场东部，2004年3月开工建设，2007年2月8日建成投产，是新开拓的下组9#煤试采区。矿井开拓方式采用一对中央并列式竖井、单一水平、上山开采。采煤方法为单一长壁式，主要采煤工艺为综采放顶煤。

东井主采煤层9#煤位于石炭系太原组，目前开采水平为-150m标高以上区段，突水系数介于0.025－0.055MPa/m。开采9#煤直接充水水源为顶板大青灰岩含水层和底板下伏本溪灰岩含水层，9＃煤底板下38－55m（平均约40m）为奥陶系灰岩含水层顶面，为下组煤开采的间接充水水源。

1 葛泉矿东井防治水技术

1.1 防治水技术概况

地面建有先进的、一流的注浆站，注浆站安装有NBB-260/7注浆泵6台，可达到四台注浆泵同时工作的规模，注浆能力可达60m3/h，满足了回采工作面底板加固及掘进巷道的超前注浆和异常区注浆加固处理等。矿井配备不同型号的井下钻机24台，能够满足生产。

1.2 针对不同目标含水层的防治水技术

1.2.1 顶板大青灰岩含水层

对9#煤顶板大青灰岩含水层，采取以“疏降为主、边疏放边观察”的措施，掘进工作面每隔50－100m选择布置大青灰岩探放水孔一个，以查明水量、水压、水质等情况，根据水质化验跟踪分析，及时掌握大青水水质变化特征，防止大青灰岩通过断层或陷落柱构造与下部强含水层有连通造成水害事故。

1.2.2 底板本溪灰岩含水层

对9#煤底板本溪灰岩含水层采取“见水即堵、整体注浆改造”的原则。即巷道底板发现本溪出水时，立即进行打钻注浆封堵。钻孔一般设计为3-4个，终孔层位为本溪灰岩底板以下2m，并进行注浆加固，所有工作面都必须对本溪灰岩进行注浆改造，把本溪灰岩改造为弱含水层或相对隔水层。以提高9#煤底板隔水层的阻水能力。底板改造注浆结束后打检查孔验证注浆效果，检查孔水量大于10m3/h，重新施工钻孔注浆，直至达到小于10m3/h的检查标准。

1.2.3 奥陶纪灰岩含水层

对奥灰强岩溶含水层采取以“预防为主、探堵结合”的措施。采用三维地震数据进一步解释系统对本区三维地震资料进行再解释，并根据解释出的奥灰富水区有针对性的做好防止奥灰突水技术工作。采取注浆封堵其垂向导水通道，提高隔水层强度。

1.3 针对不同导水构造的防治水措施

1.3.1 断层

首先，通过钻探手段探查断层的含导水性，无论导水与否分别在断层上下盘本溪灰岩部位进行注浆加固，沿断层方向钻孔平面布置间距不大于40m，钻孔终孔位置距断层面20m穿过本溪灰岩2m。注浆工程结束后并参照底板加固的原则施工检查孔，确保断层加固完好。

1.3.2 陷落柱

对三维地震提供的陷落柱或地质异常体，首先利用地面钻孔探查其是否存在及其含导水性，如果证实存在，则以地震资料提供的范围外推60m作为井下探查警戒线，并在井下通过钻探控制其实际范围，同时进行注浆加固。钻孔终孔位置依然控制在相对的本溪灰岩下2m，注浆钻孔平面布置控制到陷落柱边界外20m处，柱体内以20m扩散半径均匀布置钻孔，注浆加固后并打检查孔进行注浆效果检查，确保陷落柱加固完好，不会出现滞后突水。对井上下条件不具备无法进行注浆加固的陷落柱，必须严格按有关规程要求留设防水煤柱，防水煤柱尺寸不得小于20m。

1.4 地面防治水

葛泉矿东井历年来最高洪水位标高（1963年）为+101.69m，主副井地面标高分别为：+102.8m，+102.90m。厂区内建有完善的地面疏水、防水和排水系统，使用中的地面观测孔、输浆管孔已经进行了地面焊接压盖措施，能够确保大到暴雨时地面水不会溃入井下。

1.5 完善矿井分区隔离工程、矿井防治水排水设施、井上下水文观测系统、突水报警系统及井下人员定位系统

1.5.1 施工防水闸门，确保分区隔离

1）在轨道石门、运输石门分别设置了规格为25LM-2.0× 2.32防水闸门。为保证在矿井突水时轨道石门水闸门能顺利迅速关闭，在轨道石门水闸门外侧30m处施工一条泄水巷，在泄水巷内施工水闸墙。

2）另在东翼轨道、运输大巷施工两道水闸门以保证施行分区隔离。

3）在工作面上下巷预筑水闸墙墙套，一旦出水后，能快速对工作面进行封闭，缩小出水后影响范围，降低矿井的损失。

1.5.2 完善矿井排水系统

矿井中央泵房现有MD280-43×7污水泵7台（单台额定排水能力280m3/h），其中三台工作、三台备用、一台检修。另安装有6730×10型潜水泵2台，单台设计排水能力800m3/h。矿井总排水能力可达3000m3/h以上。

井下主水仓长度330m，容量3465m3，副水仓长度为156m，容量1639m3，补水仓长度283m，水仓容量为3290m3，矿井水仓总容量8394m3。

轨道石门、运输石门等主要大巷水沟规格为600× 600mm，井下生产地区出水后排至轨道石门水沟，并汇集到井底总水仓，通过井底中央泵房及地面排水管路排至沙河河道。

1.5.3 完善矿井地下水动态监测系统

建立完善的地下水动态观测系统，通过井上下自动观测系统，能够做到对主要含水层（本溪灰岩、奥陶系灰岩）24小时不间断水位（压）观测。

2 葛泉矿东井开采技术

2.1 开拓布置

试采区9煤层埋藏标高±0～-277m，采用一对立井中央并列式上下山开采全区9#煤，开采下组煤时采用带压开采方式，经计算突水系数为0.06MPa/m时，开采下限为-150m，故生产水平标高亦为-150m。考虑到井下出水时人员撤离因素，回风水平标高-142m。井底车场及硐室位于3#煤层顶板砂岩中，轨道、皮带石门为穿层岩巷，掘至9#煤层后施工-150m西翼轨道大巷。轨道大巷沿9#煤层布置，皮带大巷亦沿9#煤层布置，标高为-142m。轨道及皮带石门采用锚喷支护，采用上装载，皮带运输。沿9#煤层轨道、皮带大巷采用锚梁网支护。东井分东西两翼布置，西翼为尽快投产，采用倾斜走向长壁布置工作面，东翼为减少搬家次料，东二采区取消合并入东一采区，采用伪走向长壁布置工作面。

为减少巷道工程，不设专门泄水巷，一条平巷兼做进风、运料、排水，大巷设双水沟，主水沟为600×600mm，辅助水沟为500×600mm，并且设置三级沉淀系统，工作面巷道钻窝内没置一级沉淀池，运输上山或运输大巷没置二级沉淀池，-150泄水巷设置三级沉淀池，通过这种沉淀系统，大大延长了井底水仓的清理周期，经常性保持水仓的有效容积在合理的范围内。

2.2 工作面布置及开采工艺优化

2.2.1 工作面布置

为保证下组煤采掘安全,防止奥灰突水淹没工作面,工作面两巷设计为平巷或上山,尽可能不出现超过半个巷高的洼兜,工作面呈俯斜开采,以便水自流。工作面两巷布置于9#煤，巷道沿底托顶煤施工。两巷设计为直线，以便皮带机安装使用，工作面等长布置，减少添、去支架工作。西翼布置1190-1196其7个工作面均为倾向长壁俯采工作面。东一采区工作面均设为伪走向布置。其中1195工作面面长布原来的75m增加到92.5m,储量增加23%，11912工作面面长由原来的75m增加到89m，储量增加19%。大大缓解工作面接替紧张的局面。

2.2.2 开采顺序

已经回采结束的西翼采区，工作面布置时既有跳采布置，也有顺序布置。首先开采顺序如下：1192工作面→1190工作面→1194工作面→1191工作面→1193工作面→1197工作面→1195工作面。其中1191工作面和1193工作面为孤岛工作面，回采期间两巷压力大，变形严重，随推进随卧底。而其余工作面均为顺序开采工作面，靠近采空区一侧的巷道压力稍大，实体煤一侧巷道超前压力不明显。为减少底板破坏深度的影响，7#煤的开采准备采用协调开采的方式进行开采。在以后的开采过程中工作面尽可能安排成顺序开采，以减小矿压对工作面回采的影响。

2.2.3 顶板掘进支护工艺优化

1）沿完整大青灰岩掘进

东井8#、9#煤局部合槽，8#煤直接顶为大青灰岩，坚硬完整，施工锚杆特别困难，我们根据实际情况，当大青灰岩厚度超过2m完整不破碎时顶板可以不支护，例如东翼运输大巷、1190运料巷外段、东翼轨道大巷局部。

2）沿底托顶煤掘进

为了提高煤炭回收率，工作面两巷均沿9#煤底板托顶煤掘进。东井9#煤的特点是上软下硬，顶板成形差；掘进一排支护一排，施工进度慢。通过使用加长顶锚杆，顶锚杆由原来的2m增加到2.4m，锚索梁由原来的两排“迈步”式布置改成三排“五花”式布置，提高顶板支护强度，保证巷道安全掘进。

2.3 采取多种措施提高工作面煤炭回收率

为提高煤炭回收率，我们通过多种途径，尝试各种方法尽可能多的回收煤炭。在工作面两巷掘进过程中，要求两巷均沿9#煤底板托顶煤掘进，降低工作面回采期间的机头机尾的三角煤损失；在工作面回期间，通过在后溜子采空侧安装托煤板减少移后溜子的煤炭损失，对机头机尾各三架的顶煤和两巷顶煤进行回收，每年可多回收顶煤4.5万吨；通过适当增加工作面面长，降低工作面之间的煤柱损失率；通过改变以往工作面开始上网先撤后溜子的施工工艺，待工作面上网结束后再撤后溜子，每个工作面可以多回收煤炭3000余吨；通过优化上山布置，东一采区轨道上山沿顶掘进，东一采区运输上山沿底掘进，保证工作面两巷刚开口即沿底掘进，改变多数矿工作面停采时沿煤层顶板停采的做法，每个面可以多回收煤炭9000余吨。

3 结论

通过对葛泉矿东井复杂水文地质条件的研究以及开采技术的综合研究、创新，取得了一系列的成果和经验，解放了大量的呆滞煤炭资源，为相似条件下的开采奠定了基础和技术储备。

3.1 通过开采下组9＃煤及注浆加固改造，形成了一整套以煤层底板注浆改造为主体的带压开采综合防治水技术。

3.2 采用井上、下结合的全方位、多层次勘探手段，制定了“井下为主，地面为辅，物探为主，钻探验证”的勘探原则。

3.3 采用先进的注浆工艺、注浆材料，准确定位注浆目的层，确定了注浆孔布置原则。采用“三阶段渐进式”注浆工艺和“动态分析、实时反馈、不断优化”的注浆流程。

3.4 采用托顶煤支护工艺研究，解决各种复杂条件下的全煤锚网巷道支护难题，保证巷道安全掘进。

3.5 采用多种措施，提高煤炭回收率，增加企业效益。

3.6 设计利用“三级”沉淀系统，缓解井底水仓的清理压力，提高矿井的抗灾能力。

孙鑫（1985—），男，山东烟台人，2008年毕业于山东科技大学采矿工程专业，采煤助理工程师，现为葛泉矿技术科副科长。

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