王庄井田7105工作面防治水安全技术措施研究

贺警龙

（潞安环能股份有限公司王庄煤矿探放水队，山西 长治 046031）

王庄煤矿是一座特大型机械化生产矿井，年产能800万t，由于近年来持续稳定高产，王庄煤矿主采区域已经向南部后备区转移，该区域水文地质条件复杂，水体下压煤量0.47亿t，严重制约了矿井的可持续发展。王庄煤矿在近水体下安全采煤防治水的重点在于近水体下采煤的安全可行性验证以及富水区水害防治工作。本文以井田内7105工作面为例，对王庄煤矿的防治水工作重点进行探讨，为王庄煤矿的安全高效生产提供技术支撑。

1 研究区概况

7105工作面位于王庄井田71采区南部，工作面布设宽约260m（含两巷），推进长度约1570m，工作面开采3#煤层，采深310～370m，煤厚约6.5m，倾角1～3°。井田范围内已有水文地质报告表明，工作面涌水量主要来源为3号煤层顶板砂岩裂隙含水层（K8、K10含水层）、基岩风化带含水层、第四系底部含水层以及采掘过程生产用水等。基岩风化带含水层内有一定的承压水面，与上覆松散层底部没有稳定的隔水层，可能与松散层底部形成含水层互相补排，含水空间以风化裂缝和构造裂隙为主，裂隙水除少部分沿构造破碎带向深部运动外，以近水平层间方向为主。各基岩含水层间水力联系较弱，地下水运动一般以层间径流为主，仅在构造部位可能与其他含水层直接发生水力联系。

除此之外，工作面位于绛河与漳泽水库交汇口正下方，见图1，交汇口处积水面积较大（见图1中①～⑥），当水库处于高水位（+902.4m）运行时，积水区将与绛河以及水库连成一个水体，并且深入到工作面正上方区域，在工作面回采过程中地表水体可能对第四系含水层以及基岩风化带含水层补给，造成基岩风化带局部富水性可能较强，造成工作面涌水量增大现象，将对工作面的安全开采造成较大的安全隐患。所以，必须对7105工作面的安全开采可行性进行分析，并且针对存在的水害隐患制定相应的安全技术措施。

图1 7105工作面井上下对照情况

2 工作面顶板水钻探疏放

根据+540奥灰水动态观测记录分析，该区域奥灰水静水位标高632～637m，高于工作面标高，属承压开采，带压0.5～0.8MPa，奥灰水突水系数在0.01～0.03MPa/m之间，奥陶系含水层顶板与3#煤底板间距平均为135.6m，隔水层较厚。在没有构造沟通的情况下，不会构成底板突水危险。工作面主要的充水水源是3#煤层直接顶、K8、K10砂岩裂隙含水层。然而在掘进过程中，工作面风、运巷掘进过程中锚索导通3#煤直接顶顶板砂岩含水层裂隙水，顶板淋水较大。7105工作面在回采过程中由于顶板大面积垮落，预计会有大量顶板水涌入工作面，为了缓解工作面回采期间的顶板涌水威胁，确保工作面安全回采，必须对工作面顶板砂岩裂隙含水层（3#煤层直接顶、K8、K10砂岩含水层）进行探放，探查顶板砂岩富水区域的富水异常情况，达到提前疏放老顶大规模来水的目的。

7105工作面顶板探放水钻孔布置，原则上充分利用物探资料，重点是探测富水异常区、向、背斜的轴部、断层破碎带等构造异常区；根据探测结果来决定是否增加钻孔；根据工作面回采时导水裂隙带高度，确定钻孔落底到K10粗砂岩顶板以上2m。按照钻探原则，工作面探水钻孔布设如下，见表1：（1）工作面掘进500m后，每隔100m于风运两巷施工探放水硐室，500～1000m参照0502号钻孔施工疏放水钻孔，1000～1700m参照0501号钻孔施工疏放水钻孔；（2）钻场内的钻孔水平布置，间距1.0m，钻孔开孔层位工作面风运巷顶板，探查目的层位3#煤直接顶、K8、K10砂岩裂隙含水层，钻进至K10砂岩顶板以上2m终孔；（3）设计钻孔72个，进尺约为3800m，从1#钻场开始进行钻探施工，根据钻孔实际涌水量决定是否增减钻孔数量。

表1 7105工作面疏放顶板水钻孔技术参数表

3 防水安全措施

3.1 工作面涌水量预计

本文通过类比法对王庄煤矿常规开采工作面、71采区7102、7103工作面及绛河南侧8101工作面涌水量实测值预计7105工作面涌水量，见表2。根据上述7105工作面水力联系分析，本区风化带含水层富水性弱至中等，在采动疏降（7102、7103工作面仅疏降上山区域）和钻孔探放的双重作用下能达到一定程度上的疏放目的，参考7102、8101工作面涌水量实测，预计工作面正常涌水量为30～50m3/h。考虑到顶板含水层富水性不均以及可能存在富水异常区等地质因素，回采过程中导水裂缝带可能导通顶板局部裂隙富水区，造成工作面涌水量增大，所以7105工作面最大涌水量以3倍正常涌水量动态考虑，即最大涌水量为150m3/h。

表2 王庄煤矿已有工作面涌水量统计表

3.2 工作面排水系统建设

目前7105工作面所在王庄井田+540水平中央水仓总排水量为1350m3/h，工作效率为82%，泵扬程480m，后备区新提升副立井敷设两趟Ф300无缝钢管排水管，由中央水仓直排地面水处理站，新副井井底主水仓容量2125m3，副水仓容量1575m3，水仓总容量达3700m3。71采区各工作面涌水自流汇至顺槽局部低洼区，为了防止大面积积水对安全生产造成影响，对可能存在充水量进行推断，低洼区配备两台排水能力不低于150m3/h的水泵（一用一备），运巷切口处配备两台排水能力不低于200m3/h的水泵（一用一备）。采用潜水泵经Ф100管路排至71采区水仓，71采区水仓容积500m3，71采区泵房配置了三台水泵，分别为一台MD155-67×3和两台MD85-45×4多级耐磨泵，排水能力为325m3/h，工作效率为80%，经两趟Ф100管路排至+540中央水仓，外排至地面。

3.3 安全技术措施

通过对7105工作面近水体下安全开采可能产生的水害隐患分析，必须制定针对性的安全技术措施：

（1）7105工作面在水体下进行开采是安全可行的，但7105工作面地表水体下安全开采重点在于地质构造的探测与防治，必须加强超前勘探，采用电法及坑透等物探手段加强对工作面内部隐伏构造和富水区域的勘探，同时进行钻探验证，工作面遇贯通性导水陷落柱或断层破坏带，矿井应按有关规范要求采取相应的防治措施，并留设足够尺寸的防水安全隔离煤柱，以保证矿井的正常安全生产。除此之外，应当做好地面水体的变化监测工作。

（2）7105工作面与北侧上山7103已采工作面相邻，区段煤柱宽度仅为10m，老空区积水对7105工作面的开采构成一定的安全隐患。采前预先疏放7103工作面老空水，保证本工作面的安全开采。

（3）必须对工作面顶板砂岩裂隙含水层进行探放，并且加强井下工作面涌水量的监测工作，遇到工作面异常出水，要停止生产，对水量变化动态要加密观测，取水样化验水质，分析水源、通道，在对有关资料进行综合分析研究的基础上，采取相应的治理措施。

4 结论

水害防治工作是王庄煤矿安全生产的一项重要任务，对工作面地质水文条件进行充分论证，并提出针对性的防治水安全技术措施，是保证矿井安全生产的重要举措，王庄煤矿7105工作面属于近水体下采煤，受到水害威胁影响更大，防治水工作更为重要。王庄井田7105工作面现在已经开始回采，工作面涌水量为32.3m³/h，没有发生工作面涌水异常现象，现有工作面排水系统满足工作面疏排水工作需求，通过物探分析，工作面内存在较少的地质异常，并留设了相应的安全隔离煤柱，制定了相应的水害防治措施。