付村矿3上605工作面防治水措施的制定与实施

张海领

(枣庄矿业集团付村煤业有限公司，山东 济宁 277605）

1 3上605工作面概况

3上605 工作面位于东六采区南翼，东为3上603 设计工作面，西为东六采区地堑构造区域，南为东四采空区，北为东六采区准备巷道。南北长705m，东西长126~226m，工作面面积143486.00m2。工作面地层产状变化较大，南部煤层走向36°~124°，倾向34°~126°；北部受褶皱影响，地层产状变化较大，揭露1 个向斜，杨村向斜南翼煤层走向106°~136°，倾向16°~46°；煤层倾角1~17°，平均10°。煤层底板标高为-424.1m~ -542.6m。3 煤与其顶、底板均为整合接触。工作面内赋存10 条断层，均为正断层。3上605 工作面煤厚4.6~5.75m，平均5.15m，煤厚变异系数：1.72%，预计煤炭存储量92 万t。

2 含水层对工作面影响分析

经过实际勘测，该采区内自上而下的含水层分别为第四系砂岩含水层、下石盒子组砂岩含水层、山西组砂岩含水层、三灰含水层。各含水层对工作面影响程度分析如下。

2.1 第四系砂岩含水层

第四系厚度为82.64m（据F14-11 钻孔），按其岩性和富水性，可分为上、下两个含水层段。上含水层段：一般含砂4层，下部两层砂层稳定性较好。砂层成分以石英、长石为主，颗粒粒径不均匀，结构松散，孔隙发育，含水较丰富，含水量15.8%，并直接接受大气降水和地表水垂直渗透补给，补给条件好。含水层单位涌水量1.813~6.681L/(s.m)，水质类型为HCO3-Ca•Na 型水，溶解性总固体0.383 g/L，富水性强至极强。下含水层段：一般含砂5 层。砂层成分以石英、长石为主，粒度主要为细粉砂。砂层以最上层砂层最为稳定，其余砂层连续性较差，由南西向北东逐渐减少为一层。据钻孔抽水资料，单位涌水量为0.073~0.842L/(s.m)，为HCO3-Ca•Na型水，溶解性总固体0.311~0.666g/L，富水性弱～中等。

2.2 下石盒子组砂岩含水层

下石盒子组厚度为371.56m（据F14-11 钻孔），主要由砂岩、粉砂岩、粘土岩组成，其中细砂岩、中砂岩累计厚度为91.7m。砂岩段孔隙裂隙较发育，钻孔抽水试验单位涌水量为0.375~1.612 L/s•m，富水性中等～强。

2.3 山西组砂岩含水层

山西组厚度为111.05m（据F14-11 钻孔），其中，3上煤层顶板砂岩16.3m。井田内该含水层无抽水试验钻孔，据邻区岱庄井田F3-6 和三河口井田F6-9 号孔抽水实验资料，含水层单位涌水量0.001~0.006L/s•m，渗透系数为0.001~0.011m/d，富水性弱，为SO4-Ca•Na 型水，溶解性总固体1.318~3.936g/L。属裂隙承压水，其补给来源主要为石盒子群底部砂岩的构造裂隙水，其次为第四系下含水层段在其露头的垂直渗透补给。因其露头面积小，与断层对口处的过流断面有限，补给条件较差，以静储量为主，易于疏干。在构造裂隙带附近或向斜轴部易形成富水带。

2.4 三灰含水层

东六采区回风巷掘进过程中，揭露三灰含水层，总出水量2m3/h 左右。东六采区泄水巷施工2个探查三灰富水性钻孔，工程量为105.2m，钻孔初始出水量为1m3/h、2m3/h。上述说明东六采区三灰含水层富水性较弱。据F14-11 钻孔资料，工作面煤层底板距第三层灰岩间距35.2m，三灰含水层厚度为8.6m，井下北翼轨道大巷三灰含水层水位标高为-434.4m，对3 煤层最大压力为1.08MPa。根据突水系数公式T=P/M，将上述参数代入该公式计算如下：T=0.95/35.2=0.031MPa/m，小于《煤矿防治水细则》中“底板受构造破坏段突水系数0.06MPa/m”，因此，三灰与3上煤层间的岩柱能够承受住三灰含水层水压，原则上三灰含水层不会对3上605 工作面回采构成威胁。

3 3上605工作面涌水量计算

影响3上605 工作面回采涌水量的主要因素有：顶板砂岩水、采空区水、断层水。

3.1 顶板砂岩水预计

（1）采用大井法—承压水法计算，计算公式为：

其中：

R=10S（K）1/2

r0=（A/π）1/2

R0=r0+R

式中：

Q1-大井法--承压水法计算的涌水量，m3/h；

k-渗透系数，按F6-9 参孔的资料定为0.01078m／天；

M-含水层总厚度，三层煤的顶砂岩水包括三上煤层顶板以上100m 范围内的所有砂岩含水层，由于粉砂岩含水性弱，这里只选取细～粗砂岩的总厚度作为计算依据．统计计算其平均厚度为27.5m；

H-水柱高度，根据相邻工作面顶板富水性进行打钻探查钻孔实测水压1.2MP，选取平均值120m作为计算基础数据；

A-回采面积，A=270300m2；

S-水位降，S=120m；

rO-引用半径，r0= 293.4m；

R- 工作面涌水影响半径，本煤矿R取124.6m；

R0-工作面引用影响半径，R0=R+r0=418m。

将上述参数代入式（1）计算，可得：Q1=23.3m3/h，取24m3/h。

则：采用大井法计算的涌水量为24m3/h。

（2）采用比拟法计算

式中：

Q-预计3上605工作面顶板砂岩水涌水量，m3/h；

Q0-实测3上401 工作面顶板砂岩水正常涌水量为1m3/h；

F-3上605 工作面回采面积274610.00m2；

F0-3上401 工作面回采面积155134m2。

Q2=1.3m3/h，取2m3/h。

采用比拟法计算的正常涌水量为2m3/h。

综合上述两种涌水量预计方法，取两种计算方法最大值作为3上605 工作面顶板砂岩水正常涌水量，预计为24m3/h。

3.2 采空区预计

3上605 工作面布置在3上401、3下401 工作面低位，工作面南部距401 采空区距离为20 ～44m（平距）。回采前已对3上401、3下401 采空区积水疏放完毕，仅剩2m3/h 的采空区动水，施工了2 个泄水孔，防止采空区积水积聚，预计对工作面回采没有水患影响。预计采空区动水正常涌水量为2m3/h。

3.3 断层水预计

3上605 材巷沿尹家洼支4 断层布置，3上605 运巷沿尹家洼支1 断层布置。根据掘进期间的水文观测，材巷F42 断层、F48 断层、运巷尹家洼支1 断层附近裂隙发育，有滴水现象。预计断层水正常涌水量为1m3/h。

根据上述水文因素分析可综合确定本工作面的涌水量，本工作面的涌水量=顶板砂岩水+采空区水+断层水，则：

Q正常=24+2+1=27m3/h；

Q最大=2Q正常=54m3/h。

综合上述分析，预计本工作面正常涌水量为27m3/h，最大涌水量为54m3/h。

4 防治水措施的制定及实施

4.1 工作面排水路线

（1）工作面材巷侧老空水：工作面机尾→材巷蓄水池→泄水巷水仓→东十单轨吊车场→北翼轨道巷→轨道大巷→中央水仓→地面。

（2）工作面内洼点：工作面→运巷水仓、泄水巷水仓→东十单轨吊车场→北翼轨道巷→轨道大巷→中央水仓→地面。

（3）工作面老塘水：工作面→泄水巷水仓→东十单轨吊车场→北翼轨道巷→轨道大巷→中央水仓→地面。

4.2 提高排水效率的措施

（1）水泵选择

为提高该工作面的排水效率，该工作面在选择水泵时除了满足排水设计要求外，还选择了最新型水泵，以减少水泵富裕量扬程，减少出口压力损失[1]。如本排水系统在泄水巷水仓设置的BQS-180-100-110kW 水泵，在运巷水仓设置BQS-100-100-75kW水泵，在工作面内洼点处设置的BQS-20-100-11kW水泵等。

（2）连接管路

在设计管路时应充分最大限度地简化管路系统，减少管路损失，在排水管路连接过程中还应减少巷道跨越，减少弯头的使用量。有资料表明直径D219mm 的90°弯头的局部损失，与同等直径4m长度管路的沿程损失相当[2]。同时，为减少管路压力损失，提高排水效率，该排水系统在选择连接管路时，还充分考虑了水泵供水量与管路排水量的密切配合，如BQS-180-100-110kW 水泵与6 寸排水管配合、BQS-20-100-11kW 水泵与4 寸排水管路配合等，另外，在吸水管路中选用无底阀吸水，以减少局部损失。

4.3 防治水管理措施

为加强初采初放期间的防治水工作和回采期间的水文观测工作，工作面严格执行“预测预报、有疑必探、先治后采”的探放水原则，在水文异常时，及时报告调度室和地测科，采取有效措施进行处理。

为使工作面排水畅通，面内不能人为形成低洼点。材、运两巷水沟必须及时清挖，确保水流畅通。

工作面材运巷均要布置水仓，利用水泵排水，水泵排水能力必须大于最大涌水量。同时定期检查水泵的完好情况，每班安设专人进行排水工作，防止涌水溢出，并制定完善的防水避灾路线图。

5 结 语

付村煤矿3上605 工作面在综合分析涌水类型和涌水量的基础上，设计了合理的排水系统及防治水措施，在近一年的开采过程中，该工作面没有发生任何涌水事故，保证了工作面高效稳定的生产。