多煤层开采条件综采面探放水技术应用

庞长庆

（国家能源集团神东煤炭集团布尔台煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017200）

布尔台煤矿位于东胜煤田东南部，是一座特大型现代化矿井，设计生产能力为2000万吨/年。矿井采用主斜井、副平硐、立（斜）风井综合开拓方式，自上而下分为三个开采水平，矿井同时投产第一和第二水平。

42上204工作面位于井田中部，为42煤二盘区第四个工作面，工作面长度320m，回采长度4485.2m，煤层平均厚度6.2m，采用倾向长壁后退式综合机械化放顶煤开采，全部垮落法处理采空区顶板。42上204工作面所在煤系地层为含水层，煤层顶板基岩裂隙水亦影响工作面回采，同时上覆有22煤采空区，采空区局部低洼处有积水，给工作面回采造成较大水害威胁，同时依据“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则，均需提前探放治理。

1.水文地质条件

1.1 水文地质概况

工作面上覆含水层主要有延安组砂岩和直罗组砂岩，以大气降水、地表水、潜水等侧向径流补给为主，补给源在区外。含水层的渗透系数K=0.00308～0.0249m/d，地下水矿化度较高（0.365～1.15g/l），承压水径流缓慢，补给条件差。

1.1.1 含水层

42上204工作面回采区域含水层划分为4个含水层组，自上而下分别为：表层的松散岩类～半胶结岩类孔隙潜水含水层组、白垩系志丹群碎屑岩类裂隙潜水～微承压水含水层组、侏罗系直罗组碎屑岩类裂隙承压水含水层组、侏罗系延安组碎屑岩类裂隙承压水含水层组和三叠系延长组碎屑岩类裂隙承压水含水层组[1]。

1.1.2 隔水层

工作面回采范围内有3层隔水层，分别位于侏罗系直罗组顶部、延安组三段顶部及延安组第一岩段52煤层底部，岩性以砂质泥岩、泥岩和粉砂岩为主，厚度0m～68.0m，平均27m左右，在井田内分布范围广，隔水性好[2]。

1.2 工作面充水因素分析

1.2.1 充水水源

工作面充水水源主要有3类：含水层水、上覆采空区水、相邻采空区水。工作面主要充水含水层为42煤层与22煤层之间的第Ⅲ含水岩段基岩裂隙水，为煤系地层承压含水层，对回采有一定影响，主要表现为支架间淋水。42上204工作面上覆有22煤204与205工作面采空区，依据22煤采空区底板起伏形态及回采时采空区返水资料，初步分析采空区有积水7.8万m³，是工作面的重要充水水源。

工作面相邻的42上203工作面采空区内积水约2.9万m³，是工作面另一充水水源，对回采影响较大，主要表现为采空区密闭局部损坏，采空区水涌入工作面。

1.2.2 充水通道

工作面主要充水通道为煤层开采形成的导水裂隙带，次要为基岩裂隙、构造裂隙。根据《布尔台煤矿“两带”高度观测总结》，实测42上煤导水裂隙带高度为158.52m，故42上204工作面开采后导水裂隙带发育至上覆22煤采空区及延安组、直罗组基岩裂隙含水层，成为工作面回采后的主要导水通道。

1.2.3 充水强度分析

工作面回采范围上覆孔隙潜水含水层的富水性弱，且主要含水层为第四系冲洪积物。由于矿井各可采煤层与第四系潜水含水层间距较大，因此第四系潜水对矿井充水影响不大。中侏罗统延安组承压水含水层富水性弱，因其是含煤地层，所以也是工作面的直接与主要充水含水层，即主要充水因素。志丹群和直罗组含水岩段、延安组下部和上三叠统延长组含水岩段的富水性弱，并且与煤层间有隔水性能良好的隔水层，阻断了煤系地层与其水力联系。工作面的主要充水水源第Ⅲ含水岩段基岩裂隙水，充水通道为煤层开采形成的导水裂隙带、含水层中基岩裂隙、构造裂隙[3]。

若工作面回采遇到上覆采空区未疏放完毕的积水区或者相邻采空区积水区，充水水源充足，充水通道发育，可能会使工作面涌水量突然增加。

2.综合防治水技术措施

2.1 物探

2.1.1 探测目的及物探方法

42上204工作面上覆有22煤采空区积水，通过前期的防治水工作可知采空区积水范围、位置及积水量基本清楚，但由于采空区局部起伏较大，部分区域积水情况未知。其次42上煤与22煤层间距57m～79m，基岩相对富水性，基岩裂隙、构造裂隙的储水、导水性都需要进一步探测分析。故需要选择物探技术探测上覆采空区及基岩裂缝富水情况，经综合分析，决定选取目前技术成熟、便于井下施工的音频电穿透法。

2.1.2 物探工程量

本次物探工程布置在42上204工作面，从切眼到工作面主回撤通道，两顺槽巷道每10m布置测点，共计测点898个。

音频电透视法供电点距50m、接收点距10m。采集发射点对应前后100m范围内的数据，采用双频点施工，探查工作面顶板上0m～60m、60m～100m深度层段岩层中的赋水异常区的平面位置、形态及含水性的相对强弱[4]。

2.1.3 物探成果

通过矿井音频电透视获得了42上204工作面顶板上0m～60m、60m～100m。42上204工作面顶板上0m～60m附近层段内岩层共有6处异常区，分别对应1、2、3、4、5、6号异常区。42上204工作面顶板上60m～100m附近层段内岩层共有11处异常区，分别对应1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11号异常区。

由于42上煤与22煤层间距59m～79m，42上204工作面主要水害威胁为上覆老空水，故主要以42上204工作面顶板上60m～100m音频电穿透视成果图来分析上覆采空区积水，作为疏放采空区积水钻孔布置的参考。

2.2 钻探

2.2.1 钻探工程布置及工程量

42上204切眼、204主运、205辅运共施工疏放水钻孔45个，设计进尺5200m。T1-T36疏放水钻孔由42煤巷顶向22煤采空区底板低洼处施工；Y1-Y9孔由42煤巷顶向物探异常区施工。

2.2.2 施工技术与要求

探放水钻孔均由ZDY4200L专用探放水钻机施工，施工前必须将钻机按规定进行稳固，确保现场安全施工。探放水孔开孔直径均为φ113mm，钻进11m，下φ89mm封口管10m，封孔管要固结牢固并防止漏水，封孔管外焊接铁托盘，托盘两侧各用φ18×2.1螺纹钢锚杆固定，每根锚杆承受压强7.5MPa，完全满足固定封口管要求。套管口安装闸阀，套管上安装水压表和闸门，以收集放水时的水量、水压等资料。套管固结后，必须进行耐压试验，试验压强2MPa，试验时间不少于30min，以套管不松动、不漏水为合格。

2.2.3 钻探成果

本次探放水工程施工探放水钻孔45个，进尺5270m。单孔初始涌水量最大30m3/h，经过11个月的疏放，目前只有T3和Y9钻孔涌水量稳定在3m2/h，其余钻孔均为无水或者淋水，探放水工程累计疏放水量7.81万m3。

3.结语

本次探放水工程累计疏放水7.81万m3，通过后期捅孔和施工验证孔，进一步确定上覆采空区积水已疏放完毕；通过预计上覆采空区积水量，运用分阶段疏放水技术分别对上覆老采空区水进行了提前疏放，探索出了适合多煤层开采上覆采空区水防治模式。