深井大倾角厚煤层综采工作面底板突水处理技术

张有华

（肥城矿业集团单县能源有限责任公司，山东 单县 274300）

深井大倾角厚煤层综采工作面底板突水处理技术

张有华

（肥城矿业集团单县能源有限责任公司，山东 单县 274300）

以3206综采工作面为例，介绍了深井大倾角厚煤层综采工作面三灰砂岩底板承压水出水治理技术。3206综采工作面周期来压，造成底板鼓起产生裂隙，与三灰含水层导通，发生突水。通过治水方案的制定与优化，精心的组织和科学的施工，保证了工作面的安全、正常回采，具有一定的社会经济效益，对类似条件下的突水处理及安全生产管理具有一定借鉴意义。

大倾角；厚煤层；综采工作面；底板突水

1 概况

1.1 工作面基本情况

3206工作面为综合机械化采煤工作面，该工作面采用走向长壁采煤法，一次性采全高，后退式回采，全部垮落法管理顶板。

该面煤类3上煤为焦煤，是优质炼焦用煤，据3206掘进巷道实际揭露煤层资料可知，3206工作面标高-892.5～-768.9m，面长191m，煤层厚度1.6m～5.5m，平均3.5m，工作面倾角在25°～51°之间，平均角度为32°。3上煤层顶板为粉砂岩及泥岩，属较稳定顶板。工作面直接底为泥岩，老底为细砂岩，工程地质条件为中等类型。

1.2 太原组下部含水层情况

太原组灰岩岩溶裂隙发育具不均一性，表现为浅部富水性大于深部，既使同一层灰岩，在不同部位岩溶裂隙的发育程度也不相同。根据区域资料，三灰若通过导水断层与奥灰对接，其富水性可增强。三灰水具有水压高、水量小，富水性不均一的特点。

三灰“突水系数”为：T=P/M=0.06MPa/m。

上式中各参数取值如下：P=5.4MPa；M=87.5m。

经计算突水系数T=0.06MPa/m，T=0.06MPa/m小于正常块段Ts=0.1MPa/m，符合《防治水规定》要求。

回采工作面正常涌水量：Q正常=Q砂+Q三灰+Q生产用水=20+5+5=30m³/h。

回采工作面最大涌水量：Q最大=（Q砂+Q三灰+Q生产用水）×1.5=（20+5+5）m³/h×1.5=45m³/h。

2 突水情况

2.1 底板涌水量

2013年10月15日下午16：35，3206综采工作面开切眼轨道顺槽推进至78.6m，胶带顺槽推进至72.5m时，工作面周期来压，面内85-125号支架安全阀开启，立柱下缩，底板鼓起，出现周期来压征兆。97号支架面前底板出现裂隙水，18：34水量约5m³/h，19：55水量约10m³/h，20：43水量在20m³/h，截止到17日水量稳定，水温37℃，到18日16：00水量减小并稳定至16m³/h。

2.2 水压变化

根据陈蛮庄矿矿井水动态观测，距工作面推采位置1010m的三灰观5孔水压自15日起开始持续下降，由原1.75MPa下降至1.46MPa，水位下降29m，对出水点取样分析化验为三灰水。

3 底板突水对3206综采工作面的影响

由于工作面倾角较大，面前水流自出水点沿面前煤壁直接涌入胶带顺槽，机道内浮煤也随之流进胶带顺槽，造成胶带顺槽内煤炭大量淤积，行人高度不足1.8m，胶带输送机机尾受水煤影响，发生严重跑偏，顺槽皮带无法正常运输煤炭，涌水直接制约工作面正常生产。此外，由于水流对架前浮煤冲刷，造成支架前部架空，移架时支架前部下栽，液压支架推移杆被龙门架压死，造成运输机前部上漂，采煤机前部上翘，造成过机高度不足，无法进行挑顶作业，致使工作面工程质量严重滑坡。以上不利因素，严重影响了工作面的正规循环作业，致使原煤产量降低，影响全矿的生产效益。

4 治水难点

与一般工作面相比，我矿回采的3206综采工作面埋藏深、地压大、煤层厚、倾角大、采高大。由于出水点处水流大，倾角较大，造成水流不易汇集，排水困难，不易形成较好的排水系统。大倾角工作面施工作业时，工人体力劳动大，操作困难，工作面面前易片帮、飞煤滚矸，对施工人员安全威胁很大。

5 治水方案选择

5.1 根据现场会审研究，提出以下两套可行性治水施工方案

方案一：在面前打设拦水坝，安设电泵，将水流集中排至胶带顺槽排水系统。

方案二：在面前打设水坝，向轨道顺槽排水同时，在工作面下部安设一台电泵进行排水。

5.2 方案比较与分析

采用方案一将水流集中排至胶带顺槽，易造成胶带顺排水系统管道淤积，排水效果差，且管路铺设较长。方案二将出水点水流进行分流，减轻了胶带顺槽排水系统压力，同时减少了管路铺设长度。通过方案比较，方案二排水效果较好，因此选用方案二进行现场施工组织。

6 水泵选型

根据水情观测资料，工作面最大涌水量为20m³/h，水泵需满足工作面的最大涌水量。

扬程计算（自出水点至轨顺标高）：

H=（H1-H2）A*sinα=（125-97）*1.5*sin30=21m

式中：H1支架总数，

H2出水点架数，

1.5为支架宽度，

α工作面平均倾角，

因此水泵选型必须满足排水量大于20m³/h，扬程大于21m。因此选择BQS30-56-11/N型水泵，满足正常排水需求。

7 施工组织

7.1 面前施工防护设施

施工水坝时，工人需进行面前作业，由于3206面倾角大，煤层厚，易发生飞煤滚矸伤人事故。

施工前，面前作业需采取有效防护措施。具体操作如下：先进行敲帮问顶，人员站在安全地点用长把工具处理悬矸、危岩，并在施工地点以上3～10m范围内设置两道挡矸卡，沿煤层走向在相邻支架侧护板间隙支设2根2.2m钢管，伸入侧护板间隙不低于100mm，人行道侧钢管底根插进齿轨孔中，煤壁侧钢管底根挖刨底窝放置，两根钢管倾斜角度大体一致，在固定好的钢管上顺走向用铁丝固定2根同样规格的钢管，呈“井”字形布置，将工作面挡板（500mm厚木板）沿走向放在固定钢管上面，使用铁丝将挡煤板与钢管拴牢，并使用金属菱形网等物料形成全封闭挡卡，挡卡必须封闭机道全断面，人员进入机道封闭施工时，由专人监护。

7.2 治水采取“三步走”施工方法

根据工作面水量及出水位置，深井厚煤层大倾角工作面治水采取“三步走”的治水施工方法，3206工作面的三个生产班严格按照如下步骤进行突水治理，取得了良好效果。

第一步：面前治水。

首先从源头抓起，在出水点面前上方打设防滚矸设施，人员进入面前在出水点下方堆砌拦水坝。现场施工人员将煤矸装入编织袋内，装好后堆砌成坝子，坝子下部背板棚，并打设一棵单体支柱维护水坝，形成一个人工水窝。泵窝堆砌完成后，自工作面运输机尾泵仓向出水点铺设一根2寸软管作为排水管，面前水窝内安设一台BQS30-50-11/N型水泵进行排水至轨顺泵仓，从而减少涌入胶带顺槽水量，工作面转载机尾处安设一台BQS30-50-11/N水泵，排水至3200回风上山，从而水量得到控制，工作面可以继续正常生产。

第二步：架前治水。

随工作面工作面向前推进，出水点进入运输机底部，由于工作面倾角大，水流分散，无法正常排水。为保证正常排水，工作面采取调机尾措施，调采两个循环后，工作面出水点进入支架前部运输机后部。此时，在架前与运输机之间打设拦水坝，进行排水至轨顺。采煤机下行割炭完成一个循环时，需要拉架，会破坏拦水坝，因此在拉移水坝处的支架前，提前在原水坝下方打设第二道水坝进行排水，使流入下顺槽水量得以控制，保证了工作面的正常推采。

第三步：面后治水。

调刀同时，工作面进行抬溜施工，采煤机司机在每刀循环时减少卧底量，使运输机抬高5-8cm，使工作面形成仰采，出水点水流被甩入采空区。通过调刀和抬溜施工，加快了出水点进入老空的速度，减少了面前流水带走浮煤，避免了对下顺槽的淤积，减少了水流对工作面煤流系统的影响。此外水流进入采空后，垮落的矸石在出水点处堆积，减少了涌水量，自架后老空侧流出的底板水，经沿途矸石过滤，淤积煤量大大减少。此时工作面水泵撤除，保留转载机机尾水泵窝进行排水，随工作面向前推进，泵窝随转载机机尾前移进行排水，保证了煤流系统的正常运转，从而使工作面达到正常推采。

此外，正常排水同时，及时清挖工作面及下顺槽转载机机尾处泵窝，避免泵窝淤炭，造成水泵无法正常排水。

8 结语

（1）结合大倾角工作面的特点，通过分析出水点位置，因地制宜采取“三步走”治水法进行排水，通过打设拦水坝，使水流得以控制。

（2）采取溜尾调刀措施，加快出水点进入采空区的速度。

（3）工作面采取抬运输机措施，形成仰采工作面，将水流甩入老空，杜绝了面前冲刷造成工作面下顺槽的浮煤淤积问题。

通过采取以上三项措施和科学的施工组织与管理，降低了工作面底板出水造成的影响，保证了3206大倾角综采工作面的正常推采，对其它大倾角工作面底板出水治理具有一定的借鉴意义。

［1]张荣立．采矿工程设计手册［Z]．北京：煤炭工业出版社，2001．

［2]综采技术手册［Z]．北京：煤炭工业出版社，2001．

张有华（1986-），男，助理工程师，2011年毕业于山东科技大学泰山科技学院资源与土木工程系，从事矿井技术工作。