掘进巷道顶板裂隙水分析与探放水技术

董一鹏

（晋能控股煤业集团公司晋华宫矿，山西 大同 037016）

水害严重影响我国煤矿的安全生产，近年来，矿井回采工作面、掘进头透水事故时有发生[1-2]。我国煤矿防治水坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的方针政策[3-4]。由此可知，水害预测预报及水害探测是防治水害的关键。 矿井水主要来源有含水层中的裂隙水、采空区的老窑水等。 含水层存在水量持续供给的情况，一般情况下采用封堵或者隔离的方式；当水量较小时采用排水方式进行治理。 老窑水通常情况下水量补给较少，采用排水的方式进行防治[5-9]。

晋华宫矿11#层307 盘区8718 工作面巷道掘进过程中存在顶板涌渗水异常现象。 根据地质报告，工作面上方存在含水层，水量大小不确定；工作面附近存在老窑水，水量不确定。 为防止掘进及后期回采过程中顶板水害的发生，以8718 工作面运输顺槽掘进过程中水害防治问题为研究对象，对探放水工程进行相关研究。

1 矿井及8718 工作面概况

山西大同煤业有限公司晋华宫矿可采储量1.5 亿吨，目前矿区主采区域为307 盘区，主采11#煤层，平均煤层厚度3.03 m。 备采工作面8718 工作面，设计走向长度1 978 m，倾向长度187 m。11#煤层上覆8#煤层，平均间距40 m；上距7-3#煤层平均55 m；上距3#煤层平均距离90 m；煤层综合地质柱状图如图1 所示。11#煤层直接顶为黑色细砂岩，直接底板为深灰色细砂岩。 矿井采用综合机械化开采，一次采全高，不落底。

图1 F1 断层剖面

2 8718 运输顺槽顶板水文地质分析

据对307 盘区内11#煤层赋存情况的分析，8718 工作面区域整体水文地质条件简单，区内无较大含水层。 地面为原榆涧村西北，均为耕地，冲沟较少，地面微现裂缝，主要水源补给为大气降水，大气降水通过岩层孔隙裂缝渗透进入采空区。含水层富水性弱，隔水层富水性极弱。 水害导水通道为褶皱、断层等地质构造。

目前8718 工作面未开采，工作面内存在断层构造4 个，褶皱构造2 个。 具体情况如表1 所示。

表1 构造情况汇总

综合分析8718 工作面水文地质情况，该工作面水窖威胁主要为构造导通上部含水层的裂隙通道，地表水通过裂隙流入采空区积水，再渗入11#煤层顶板引发涌渗水，防治水主要措施为施工钻孔进行探放水。

3 8718 运输顺槽探放水施工技术

据8718 工作面基本情况可知，8718 工作面主要水害水源为地表降水通过裂隙渗入到工作面，导水通道为断层、褶皱构造。 因此在通过断层和褶皱构造时需要制定加强措施。

8718 工作面运输顺槽掘进过程中，探放水钻孔设计如图2 所示，钻孔参数如表2 所示。

图2 钻孔设计

表2 钻孔参数

钻孔施工长度为掘进头前方100 m，预留20 m 超前距，每个循环允许掘进80 m。

为防止掘进过程中水量大量涌出，运输顺槽、回风顺槽各铺设DN100 mm 排水管路一趟，配备一台不小于60 m3/h 水泵作为紧急备用。

4 效果考察

每个循环施工完成后对钻孔中排水量进行数据监测，数据监测时间为12 h，排水量降低至0.2 m3/h 以下视为排水达标。

通过对掘进过程中4 个断层以及无断层结构循环的涌水量的数据统计分析 （统计结果如图3所示），得出结论如下：

图3 不同区域探放水孔水量统计

根据探放水情况分析，F1断层位置点无水害；F2、F3断层区域存在少量水，通过6 个小时排放基本满足要求。无断层区域也存在少量水，通过排放基本满足要求。F4断层位置水量较大，先施工钻孔后进行排放，排放7 h 后水量降低到0.2 m3/h 以下。探放水工作完成后，运输巷后期未出现大量水涌出现象。

5 结论

通过对晋华宫矿8718 工作面区域水文地质情况进行分析，制定了探放水措施，并进行了效果考察，结论如下：

1）8718 工作面区域水害较小，水源主要来源于地表水，主要通过断层裂隙渗流到采空区，渗水通道为4 个断层和2 个褶皱构造。

2）水害治理措施为施工探放水钻孔，每个循环施工探放水钻孔5 个，控制巷道断面左右帮、上下帮及前方100 m 范围，超前距20 m。

3）效果考察结果显示，F4断层区域存在水害隐患，最大涌水量为0.32 m3/h，通过排放7 h 后，基本满足安全要求。