煤层为主要含水层矿井揭煤方案研究

朱南京，陈加更，宁鹏

(陕西华电榆横煤电有限责任公司，陕西 榆林 719000)

煤层为主要含水层矿井揭煤方案研究

朱南京，陈加更，宁鹏

(陕西华电榆横煤电有限责任公司，陕西 榆林 719000)

根据小纪汗煤矿井田地质报告，矿井属水文地质简单矿井，但进风立井井筒在揭露煤层时发生涌水情况，水量达89 m3/h以上，水压达2.3 MPa，井筒无法继续施工。经过论证，小纪汗煤矿#2煤层为主要含水层，煤层水主要为静储水。通过采取优化巷道布置、增加临时排水系统能力、井下与地面钻孔疏放水等措施，保证回风大巷在含水层中顺利落底揭煤。

小纪汗煤矿；煤层主要含水层；揭煤；疏放水；排水系统

0 引言

根据小纪汗煤矿井田地质勘查报告，小纪汗煤矿#2煤层顶板砂岩含水岩组裂隙承压水层的岩性为中、粗粒长石砂岩，厚21.20～60.45 m，涌水量为2.70～3.46 m3/h。而小纪汗煤实际揭露的水文地质情况与勘探报告差距较大，进风立井在施工至320 m落底揭煤时发生涌水，水量达89 m3/h以上，水压达2.3 MPa，井筒无法继续施工。矿井水害已成为影响矿井施工及安全的最主要因素，严重影响矿井建设进度。

1 矿井揭煤实施方案

1.1 抬高进风立井码头门

进风立井码头门抬高23.7 m，井底车场及附属工程避开煤层，提前布置在岩层内，矿井有效疏放水后，井底车场通过斜巷落底揭煤，保证风险可控、在控；同时，对已揭露进风立井的涌水点采取注浆堵水等措施进行封闭。立井区域码头门抬高后，回风立井落底后进行改绞，利用改绞设备施工进风立井井底车场巷道，尽快实现回风立井与进风立井短路贯通，形成临时通风系统[1]。主斜井采用不直接落底方式，井筒施工至1 100 m处施工探放水硐室，通过两个可控探放水钻孔探查主斜井位置煤层顶板位置；井筒施工至距离煤层顶板7 m处防治水警戒位置，避开涌水层位，通过临时运输联络巷与井底车场连接，解决二期工程施工的提升问题。

1.2 完善井下施工临时排水系统

回风立井井底车场形成后，彻底解决了临时水仓施工的空间布置问题，优先安排井底临时水仓及两立井间联络巷道施工，尽快形成排水系统。立井井底#1，#2临时水仓总容量为1 000 m3，其中#1临时水仓容量为300 m3，#2临时水仓容量为700 m3，水仓排水能力按照600 m3/h配备，配套安装卧式离心泵等排水设备。#1临时水仓安装4台MD280卧式离心泵(2用2备)、2台MD155卧式离心泵(1用1备)：2台MD280水泵经2趟ø219 mm管路接至进风立井ø377 mm管路，ø377 mm管路延长至地面，出口增加1趟ø219 mm PE管路至排水点；2台MD155水泵分别通过2趟ø159 mm管路经sj2钻孔ø245 mm管路排至地面。#2临时水仓安装4台MD155卧式离心泵，水泵经主斜井2趟ø159 mm管路排至地面保持不变，立井区域临时排水能力将增大至1 000 m3/h以上。同时，在回风大巷揭煤点提前铺设3趟ø108 mm排水管和1趟ø159 mm排水管，确保揭煤时工作面排水能力。参考进风立井揭露涌水情况，回风大巷落底揭煤时涌水量预计在430 m3/h左右，上述管路敷设已满足该排水要求。排水系统参数见表1。

1.3 井底车场施工探水孔进行水文地质分析

为确保小纪汗煤矿立井区域二期工程安全施工，坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，为提前探明富水区范围及水量，先后在巷道内施工5个探水孔：在回风立井临时水泵房内施工2个探水孔，在回风大巷施工1个探水孔，在接近揭煤点附近探放水钻孔硐室内施工2个探水孔。前期通过探水孔水量、水压分析富水区层位及涌水量，后期通过探水孔排水，为落底揭煤创造有利条件。探水孔同时可作为疏放水工作观测孔，通过水量水压的变化分析降水漏斗半径及疏放水效果[2]。定期对不同层位的涌水进行水样全分析，对涌水进行持续观测，通过水质变化进一步分析涌水来源。

表1 排水系统参数

表2 钻孔探水施工数据

为更好地分析此次探水结果，为揭煤施工提供参考依据，对#1～#5探水孔施工数据进行分析，具体见表2。

通过分析，#4钻孔距回风大巷揭煤点最近，对该区域含水层位分析更具有参考价值，故暂定标高892.327 m为含水层位警戒线。在煤层顶板及进入煤层后有2次水量递增过程，初步分析含水层为煤层顶板砂岩含水层及煤层含水层，涌水为承压裂隙水。根据上述分析，回风西巷在施工过程中全程实施“有掘必探、先探后掘”原则，并根据含水层警戒位置合理安排现场施工进度，在施工至标高893 m时停止掘进，进入落底揭煤准备阶段。

通过长期对钻孔涌水量、水压进行测定分析可知：随着放水时间的推移，钻孔出水量不断减少，钻孔水压逐渐降低，证实涌水水源补给不充分，此富水区域具有可疏放性；同时，在钻进过程中发现，钻孔进入煤层后钻进稳定性较差，初步判定煤层裂隙比较发育，因此考虑煤层水主要为裂隙静储水。

1.4 采用地面井下综合疏放水法

前期立井区域探放水孔抽排水情况表明，探水孔水头压力、单个钻孔涌水量有一定下降；同时，根据电法勘探资料分析，含水层只是区域分布，含水量具有总量上的限制。根据以上资料并参考国内其他类似矿井防治水经验，疏降水可有效降低水头高度，形成降水漏斗，是解决富水区施工、回采的最佳手段。结合小纪汗煤矿自身情况，最终确定采用地面井下综合疏放水法进行超前疏放水。相比井下疏放水，地面疏放水具有工程量小、电耗低、维修量小、强排线路短、区域限制性小等诸多优点。在回风大巷斜巷揭煤前，小纪汗煤矿开始在回风大巷揭煤区域地面施工#1地面疏放水钻孔，钻孔钻进层位至煤层底板5 m以下，钻孔深度为350 m，钻孔设计内径为ø 350 mm，钻孔内安装排水能力不小于100 m3/h的排水设备。

2 回风大巷揭煤

根据监测数据分析，#1疏放水孔排水量为60～80 m3/h，累计排水量达100 000 m3以上。井下疏放水主要采用前期施工的探水钻孔及工作面释放涌水，回风大巷工作面及#5钻孔排水量达150 m3/h，累计排水已达300 000 m3以上。井底疏放水孔水量水压观测显示，该区域已形成明显降水漏斗。其中#4探水孔水量由最初的29.4 m3/h降至6.0 m3/h，水压由最初的2.4 MPa降至0.3 MPa。#5探水孔水量由最初的50.0 m3/h降至15.0 m3/h，水压由最初的2.7 MPa降至1.6 MPa。在回风大巷排水系统形成后，探放水孔水压、水量大幅度减少，回风大巷落底揭煤已具备条件。回风西巷在施工至176.6 m时，巷道逐渐进入揭煤阶段，巷道开始明显出现涌水，水量达90 m3/h左右，巷道能够正常安排掘进施工。通过不断向前掘进，涌水量变化不大，远小于初期预测的400 m3/h，再次证明疏放水方案取得了阶段性成功。为防止涌水影响工作面掘进，小纪汗煤矿采用千米钻机进行超前疏放水，同时在巷道分阶段施工临时水窝对涌水进行拦截，保证工作面正常掘进施工。

3 落底揭煤后续具体工作措施

小纪汗煤矿回风大巷落底揭煤不仅为后期富水区巷道施工提供了宝贵的经验，还为周边类似地质条件矿井施工提供了借鉴。多途径疏放水方案的顺利实施使该矿下一步防治水工作措施更加清晰明确，具体工作措施如下。

(1)明确疏放水工程为解决涌水问题的主要手段，预先对副斜井落底区域、大巷及首采工作面进行疏降水，为后期施工提供有利条件。根据现场实际揭露情况及专家分析，采取超前疏放水工作是解决涌水威胁最有效的手段，在工作面顺槽开口处附近施工3个地面疏放水孔，兼顾顺槽及大巷超前疏放水，提前形成降水漏斗，为后期施工回采提供有利条件。

(2)坚持“有疑必探、先探后掘”的原则，利用主运大巷开口施工井下超前探水孔，进行井下超前疏放水。电法勘探结果显示，回风大巷落底变平区域富水性较弱，暂时撤出综掘机，在变平区域炮掘施工回风大巷与主运大巷联络巷，通过该段联络巷进行超前探放水，为后期开采创造有利条件。超前疏放水首先采用矿用钻机进行短距离探水(矿用钻机每次探深为150 m)，后期通过调研国内先进千米钻机技术，实现超前远距离探放水。

(3)进一步完善井下排水系统，提高整体排水能力。进风立井井底车场#1，#2临时水仓总蓄水能力为1 000 m3，整体排水系统仍面临较大压力。随着综掘施工的推进，陆续施工#3，#4临时水仓和其他临时中转水仓，同时不断完善井下排水系统、地面钻孔强排系统等多个排水系统，确保总体排水能力满足现场需要。施工过程中，还将分阶段施工若干临时水窝，对上部涌水进行有效拦截，保证工作面正常施工。

(4)尽快组建专门的防治水队伍，配齐专用探放水设备。根据小纪汗煤矿探放水钻孔探查及实际涌水情况，小纪汗煤矿属水文地质复杂矿井，为保证井巷工程掘进施工安全，按《煤矿防治水规定》总则第5条规定：“煤矿企业、矿井应当按照本单位的水害情况，配备满足工作需要的防治水专业技术人员，配齐专用探放水设备，建立专门的探放水作业队伍。水文地质条件复杂、极复杂的煤矿企业、矿井，还应当设立专门的防治水机构。”设立相应的人员及机构。

[1]张荣立，何国纬.采矿工程设计手册：矿井水害防治[M].北京：煤炭工业出版社，2003：3587-3588.

[2]牛宜耕.矿井高压含水层探放水钻孔的实践及其应用[J].煤炭技术，2004(4)：77.

(本文责编：刘芳)

朱南京(1981—)，男，江苏东海人，副总工程师，工程师，从事矿井一通三防、采掘技术管理方面的工作(E-mail:yunhai320722@163.com)。

TD 743

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1674-1951(2017)11-0036-03

2017-09-11；

2017-10-17