万年矿下组煤首采工作面综合防治水技术研究与应用

赵冬雪 王金杰

冀中能源峰峰集团有限公司万年矿 河北省 056302

随着我矿开采年限的增加，2号煤层可采储量频临枯竭，因此开采9号煤层提高我矿可采储量、延长服务年限重中之重的工作，开采9号煤层首要解决技术问题是对影响开采的各种水害威胁进行分析研究与治理。

一、13902工作面概况

13902工作面位于±0北翼采区，南为北翼轨道大巷，西邻武安庄晏双增煤矿和13226工作面采空区，东为F6号断层，北为万年矿上覆2号煤层13227采空区。工作面走向长497m，倾斜长100m，煤层平均厚度2.0m，工作面与上覆2号、4号煤层间距分别为90m、60m。工作面可采储量约18万吨。该工作面为我矿开采-50m以浅下组煤的首采工作面。

13902工作面地面位于地面位我矿工业广场北侧，以农田为主，无较大建筑物。本区工作面开采煤层为9号煤（下架煤），煤层较稳定，煤层倾向320?～340?，倾角1?～5?，平均3?，工作面煤层底板标高-26m～ -48m。工作面外侧主要有F6（H=60m）、F6-2（H=8m）两条断层。 二、水害分析

经过对本区开采9号煤层的水文地质条件分析，13902工作面开采所受的主要水害威胁为：小煤矿采空区积水、大青灰岩含水层、奥陶纪灰岩含水层。

1、小煤矿采空区积水水害威胁：巷道布置在庄晏小煤矿开采范围内，对小煤矿调查的原始资料查阅，小煤矿开采到4号煤层；由于小煤矿在生产中无原则性越界、越层乱采及虚报、瞒报生产资料，甚至有些开采工程根本无资料，因此在本区域开采9号煤层存在小煤矿老空水水害威胁。

2、大青灰岩含水层：含水层厚度4.52m。裂隙发育，为9#煤间接底板，下距9#煤3.0m左右。富水性不均匀，局部富水性强，由于本区断裂构造较为发育，可能与奥陶系灰岩含水层水力联系密切，所以会对工作面开采造成一定程度的影响。根据《万年矿-50m以浅下组煤开采水文地质条件评价报告》，由于首采工作面大部分位于奥灰水位以上，参照局部含有残存水的伏青灰岩涌水量估算方法，揭露大青灰岩的涌水量0.5—1.0m?/min，对掘进回采无威胁，但要增加排水量。

3、奥陶系灰岩含水层：含水层厚度约70～230m，位于9#煤层下部，该含水层富水性强，本区奥灰顶面距9#煤底板隔水层一般厚度20m左右。经过对工作面附近W11、W15的水位观测，水位标高-25m左右，工作面最低标高-48m，通过计算其底板最大突水系数为0.0215，（T=P/Ha=0.43/20=0.0215）。虽然突水系数小于0.06MPa/m，但9#煤层于奥灰强含水层之间的隔水层厚度小（仅20m左右），在掘进及回采中受矿压影响，小断层、裂隙活化，存在奥灰水涌入巷道或工作面威胁。

二、下组煤开采水害防治的工作思路

开采井田浅部9号煤層面临的防治水技术问题主要是：查清小煤矿开采范围及开采层位，健全排水系统，建全井下含水层水位观测系统，建立水文观测网络，并与开掘工作面超前探水和回采工作面采前地板水文地质探查及底板注浆相结合，对掘进工作面超前探测小煤矿采空区及导水构造工作，分析工作面水文地质条件，采前评价对底板进行注浆加固，落实水害治理措施后在进行安全回采。

三、防治水措施具体实施

1、开采9号煤无疑会增加我矿±0水平北正巷涌水量，基于我矿目前北正巷水沟排水能力富余量已经不大，因此开采9号煤之前提前将±0水平北副巷水沟挖通，保证掘进及回采前可以正常排水。

2、在出煤及运输两条巷道施工水闸门并经严格试压验收。将其9号煤隔离开采，以防在水患发生时，能够使矿井分区隔离，缩小灾情影响范围，控制水势危害，确保矿井安全。

3、13902工作面掘进中加强对底板导水构造及小煤矿采空区的探查。查阅原始资料及地面调查相结合的方式确定积水线、探水线、警戒线；依据本区域2号煤层已有的地质资料分析9号煤层地质构造；掘进中采取超前探水措施，坚持“逢掘必探、先探后掘”原则，物探与钻探相结合的方式探清掘进前方无水害隐患后再掘进至允许掘进位置进行下一次探测保证巷道安全掘进。

4、工作面形成后对于水位以下区域进行水文地质探查和底板注浆加固。 a、注浆范围：根据902工作面实际标高及奥灰水位按回采底板的破坏深 度10m，在工作面煤层底板标高-25m以下为注浆加固范围，运料巷（切眼往外102m）溜子道（切眼往外126m）注浆面积为15400m?。

b、注浆钻孔要求：钻孔设计以斜孔为主，使钻孔揭露尽可能的长的底板含水层及裂隙发育带，以查明工作面底板含水层及裂隙发育带的水文地质特征。

c、注浆及钻孔终孔层段：主要选择在工作面底板下10～15m层段，该段岩性为10号煤、粉砂岩与细砂岩，发育有孔隙、裂隙，具备注浆条件，再向下的泥岩与铝土质泥岩一般不适于注浆，工作面底板至10号煤顶板细砂岩，因距底板较近，该段大部将处于后继采动破坏的范围之内，失去了加固意义。因此，注浆加固段选择在10号煤层以下的层段为主。注浆钻孔在施工未达到目的层时出水，对钻孔进行注浆，凝固一定时间后进行扫孔，扫孔时仍出水，继续注浆直至不出水或微小出水。

d、底板注浆加固：（1）、底板注浆加固基本是在隔水层层中进行的，所注层位的裂隙一般也比较细小。因此，采用的注浆步骤如下：注浆前，先注清水，一方面冲洗裂面，清理注浆通道；另一方面根据吃水情况确定注浆泵初识排量和浆液参数调控范围，然后进行注浆加固。开始时多采用的是稀浆，具体情况视钻孔吸水率而定，采用水灰比1.5：1或2：1甚至3：1，而后逐渐改用浓浆（1～0.75）：1，这样效果比较明显。（2）、当钻孔出水量较大（10m?/h），且通过水样确定为奥灰水时，通过对奥灰顶部或隔水层底部实施注浆充填改造，以及对隔水层中可注浆层位进行注浆，将其薄弱带的裂隙水挤走，从而截断隔水层的裂隙水与底部奥灰水的沟通联系。（3）、注浆验证：全面注浆后，检查孔对注浆效果进行了验证及补注，所有钻孔涌水量基本无水或微小，通过注浆工程大大增强了底板隔水层的阻水性能，起到了加固目的。通过钻孔注浆量分析本区域底板裂隙不发育且钻探探查工程量较密，对于底板发育的裂隙达到了控制和注浆封堵的目的，工作面可以安全回采。

四、结束语

通过科学的和有针对性的防治水技术和防治水工程实施，实现了首采工作面的安全掘进，具备了安全回采的条件，积累了丰富的实践经验，取得了较为丰富的技术参数，对本矿井开采浅部9号煤层具有里程碑的意义。开采井田浅部的9号煤层，增加了本矿可采储量和延长矿井服务年限。通过对开采13902工作面的防治水技术进行分析研究，对实施的防治水措施进行总结，为我矿今后9号煤开采和相似条件下其他矿井下组煤开采具有重要的指导作用。