彬长矿区极其复杂地质条件综放工作面防治水研究与实践

文/高虎

孟村煤矿位于彬长矿区黄陇侏罗纪煤田核心部位，设计年生产能力600万t，主要开采侏罗系中统延安组4号煤层，煤层平均厚度为16m。矿井采用综放机械化采煤方法，煤层上覆的白垩系洛河组巨厚层状砂岩含水层对矿井安全开采形成了严重威胁。

为做好顶板水防治以实现安全回采，孟村煤矿技术人员针对矿井巨厚洛河组富含水层特厚起伏煤层综放工作面俯采期间断层区域防治水工作特点，创造性制定了厚煤层综放工作面“走向‘波浪式’+倾向‘倒V式’+架后留疏水通道”控水工艺。通过实践应用，综放工作面回采期间防治水效果显著，证明该类型水文条件下采煤工作面水害是可防可控的，具有极大的推广应用价值。

一、工作面概述

孟村煤矿401101工作面主要充水来源为白垩系下统洛河组砂岩空隙-裂隙含水层，厚度340～380m，距离煤层顶板厚度140～180m，单位涌水量为0.0228～0.2806L/s.m。

工作面防治水难点：一是回采期间受顶板巨厚洛河水严重威胁；二是1500m起工作面揭露断层，存在断层导水风险；三是工作面向斜构造，工作面起伏较大，俯采期间工作面中部距切眼1310～1730m推采范围内回顺高于运顺，存在大量涌水汇集到工作面运顺，然后通过转载机进入运输系统，对生产环境和安全作业造成严重影响。

二、工作面导水裂隙带高度模拟及涌水量预测

1.导水裂隙带高度

参照相同矿区相同煤层相似条件的胡家河煤矿综放工作面进行工程类比，邻近胡家河矿采面实测采裂比在18.79左右，结合401101工作面回采煤层厚度10～12m，预计401101工作面因采动形成的裂隙将达到187.9～225.5m。

2.DF29断层区域超前探放水

为进一步探明DF29断层富水性状况，于2018年11月25日至12月20日在401101工作面措施巷施工富水性探查孔6个，累计进尺930m，单孔涌水量为0.6～3.4m/h，基本查明该断层的发育特征及富水性特征；初步分析DF29断层发育明显，预计落差大于10m，且富水性较差。

3. 工作面涌水量预测

工作面的充水水源主要为延安组、直罗组、宜君组直接充水层和洛河组间接充水层，工作面回采期间的正常涌水量为650m3/h，最大涌水量为760m3/h。

三、回采期间防治水工艺及管理措施

1.走向“波浪式”层位挡水

“波浪式”开采的具体做法是，通过走向“抬刀—放平—落刀”对工作面“波浪”回采，人为地在工作面老空区形成一道围堰，在生产过程中减少老空区积水从架后流入工作面，使老空区的积水在老空区沉淀后由进风巷水沟流出，流出的清水直接用水泵排入水仓。

2.倾向倒“V”式层位分流

回采过程中沿倾向将工作面布置成倒“V”型层位，将最高点处底板称作“挡水梁”，作为工作面出水的“分水岭”，挡水梁以上区域出水由工作面自流至回顺排至1#水仓，挡水梁以下区域出水由工作面自流至运顺排至2#水仓。

根据工作面两巷高差、出水量调整挡水梁位置，在25～86#架范围逐步调整，随高差增大，挡水梁向机尾移动，高差减小，挡水梁向机头移动；分流原则为“水走机尾为主，水走机头为辅”的原则，最大限度往机尾分流，减少机头过水量，减轻机头控水压力，减少水上系统，提高煤质。

3.机头架后留设通道疏放

对于分流到机头方向的水量排放方式就是“绕道”至架后通道、转载机机尾，疏放至运顺水沟排出至水仓。在下隅角采用的办法就是在1#、2#、3#架架后引小木垛，转载机尾一个圆班一个2.4×2.4m的木垛把水引到工作面下隅角，避免水上系统，下隅角的封堵留设必要的过水通道。

4.3#联巷（措施巷疏水通道）维护

为了充分利用措施（泄水）巷道排水作用，必须维护好回风巷与措施巷3号联巷，保证其在进入老空后仍然完好，作为良好的疏水通道。因此在工作通过3号联巷前，对3#联巷及回风巷连接处采用架设木垛进行加强支护。3#联巷维护加固示意图如图1所示。

四、 防治水实践效果

1. 分流控水情况

若不采取有效措施，大量老空涌水汇集采面以及运输系统，将严重制约正常生产，甚至停产，同时严重影响煤质。经采用“走向‘波浪式’+倾向‘倒V式’+架后留疏水通道”控水工艺，成功将老空94%涌水分流至措施巷和回风巷，仅剩余6%的涌水从运顺排出，远超预期水害防治效果。目前工作面机尾比机头高15m，最大涌水量达780m3，成功向机尾方向分流730m3/h，机头仅分流50m3/h左右，分流效果非常显著。

2.回采产量及煤质情况

本工作面俯采且运顺低于回顺期间，6～8月份产量均顺利完成计划生产任务。6～8月份煤炭发热量均在5500大卡以上，原煤全水分均在可控指标范围内，工作面涌水对煤质的影响非常有限。

3.防治水效果总结

图1 3#联巷维护加固示意图

401101工作面现已回采1440m，期间涌水量最大为780m3/h,正常涌水量为600m3/h，水仓、水沟、水泵规格型号均可满足工作面排水；工作面涌水控制有效，未出现系统（溜子、皮带）拉水现象。煤炭发热量在5500大卡以上，各项指标符合要求。

五、结论

根据本研究与实践，可以得出以下结论。

1.巨厚洛河组富含水层特厚起伏煤层综放工作面水害是可防可治的，若组织管理到位，不会影响正常生产任务的完成。

2.孟村矿井巨厚洛河组富含水层特厚起伏煤层综放工作面采用“走向‘波浪式’+倾向‘倒V式’+架后留疏水通道”控水工艺效果显著，有效地解决了彬长矿区上覆的白垩系洛河组巨厚层状砂岩含水层水害防治问题。

3.孟村矿井特厚起伏煤层综放工作面采用“走向‘波浪式’+倾向‘倒V式’”层位调整工艺控制疏水通道，控水效果明显，但层位的调整会人为地增加工作面的底煤厚度，考虑到工作面布局为分层开采，增加的底煤厚度对应的储量相应划归到下分层的地质储量，上分层层位调整不会影响工作面整体的回收率。

4.创新了极其复杂水文条件下起伏煤层俯采综放工作面防治水工艺，为相似地质类型采煤工作面防治水工作积累了经验，具有极大的推广应用价值。