工作面安全开采综合防治水分析

2018-11-01肖飞

山东煤炭科技 2018年10期

肖飞

（阳煤兴峪煤业公司，山西阳泉 045000 ）

工作面水害问题是井下回采安全的主要威胁，如何实现对其有效治理，长期以来一直是矿井生产安全管理的重点所在，因此积极结合现代化技术手段，开展工作面综合防治水技术的探究，将有效的综合防治水手段合理运用到矿井回采作业中，最大程度提升回采作业安全性，对矿井的长久发展意义重大。

1 工程概述

1.1 回采工作面概述

兴峪矿为产能90万t/a的现代化矿井，属于中等水文地质类型，1303工作面为首采工作面，位于井田西北部，采用走向长壁式回采工艺，工作面走向长960 m，倾向长160 m，巷道两巷起伏明显，底板高程差最大20 m，整体呈现西高东低的态势，工作面主采煤层为3#煤，煤厚均值5.2 m。

1.2 水文地质概述

结合兴峪矿以往回采作业实践经验，其回采作业后产生的导水裂隙带最大高度可达120m左右，而1303回采面同上部2#煤层间隔仅70m，同上覆灰岩裂隙水含水层仅100m，因此1303工作面回采中的主要充水水源为上覆灰岩层裂隙水、上部2#煤层采空积水和本煤层采空积水，作业时回采面排水量可达40～200m3/h，对回采作业的安全有着严重威胁。此外，井田范围内的奥灰水含水层标高介于+541m～ +689m之间，3#煤层底板标高最小为+840 m，高出奥灰水含水层150m，因此奥灰水对煤层回采作业无影响。

2 工作面综合防治水措施分析

2.1 方案设计

结合1303工作面实际开采情况，基于“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，确保防治水作业的有效性。首先在确定工作圈后使用坑道透视技术、瞬变电磁探测技术等对回采面开展探测作业；随后结合探测结果采用探放水工艺对工作面上部顶板裂隙水和2#煤层采空积水及本煤层采空积水进行探放，同时进一步优化回采面排水系统，从而实现水害事故隐患的最大消除。

2.2 综合物探分析

（1）井下瞬变电磁探测

借助井下瞬变电磁探测技术探明兴峪矿1303工作面本煤层周边老空积水情况，所得结果如图1所示，由图片分析可知1303工作面回采煤层中存在4处低阻异常区域，表明这些区域属于富水区域。

图1 1301工作面井下瞬变电磁探测异常区域分布示意图

（2）地面瞬变电测探测

鉴于1303工作面上部2#煤层老空积水和本煤层积水为回采作业中的主要充水水源，为有效探明1303工作面覆岩采空区分布范围和视电阻率特征，针对1303工作面进行瞬变电磁探测的同时，对其同步进行地面瞬变电测探测。探测结果如图2和图3所示，其中图2为顶板2#煤层采空区物探成果示意图，由图片分析可知2#煤层采空区中存在4处视电阻率异常区域，推测为富水区域，需超前排放；图3为顶板覆岩层综合物探成果示意图，由图片分析可知1303工作面上部覆岩层中同样存在4处视电阻率异常区域，推测为覆岩裂隙水聚集区。

图2 顶板2#煤层采空区物探成果示意图

图3 顶板覆岩层综合物探成果示意图

（3）坑道透视分析

井下环境中，电磁波穿过煤层时若遭遇断层或陷落柱等地质构造，其波能量往往会被完全吸收或屏蔽，这种情况下接收巷道就会无法接收或只能接收很微弱的透射信号，导致透射异常现象的出现。基于这一原理，在1303工作面使用坑道透视技术对回采面煤层中的隐伏构造进行探查。针对1303工作面的坑道透视探测结果，其回采范围内存在异常区域3处，推测为断层或陷落柱。

3 探放水工程分析

3.1 顶板裂隙水及采空积水探放

在1303工作面两侧巷道中布设探放排水孔对顶板裂隙水及采空积水进行超前排放，两侧巷道自开切眼位置起每间隔50 m布设钻孔1个进行物探作业，钻孔倾角70°，深80 m，并根据物探结果进行排放孔的密集钻设，同时结合排放水实际，在巷道低洼处适度增加钻孔数量。整个1303工作面回采过程中施工顶板排放水钻孔45个，排水量均值达到18 m3/h，累计排放顶板积水25.5万m3。图4为顶板探放水钻孔布设示意图。

图4 顶板探放水钻孔布设示意图

3.2 本煤层老空积水探放

结合前期井下瞬变电磁探测结果，针对本煤层周边采空区积水进行超前抽排。自回采面沿顺槽方向每间隔50 m布设探测钻孔一个，针对其中的异常区域布设密集排放钻孔，钻孔直径50 mm，深90 m，整个工作面先后共布设排放钻孔30个，图5为钻孔布设示意图。

图5 本煤层探放钻孔布设示意图

3.3 工作面排放水系统布设

结合井下实际勘测，1303回采面巷道涌水量最大为200m3/h，同时考虑工作面高程为回风巷低于进风巷，因此将回风巷低洼处作为排水重点区域。在该区域布设水窝三个，其中1#水窝容积8m3，距开切眼80m，配套22kW水泵两台；2#水窝容积8m3，距开切眼250m，配套22kW水泵和37kW水泵各一台；3#水窝容积34m3，距开切眼460 m，配套37kW水泵两台。同时巷道内使用直径分别为4寸和6寸的管道布设排水管路各一条，分别联通井下主水仓和采区水仓，两条排水管路最大排水量可达450m3/h，为井下涌水量最大值的2倍，可满足安全生产相关要求。