综放工作面综合防治水技术研究

程登强

（山西汾西矿业集团水峪煤业有限责任公司，山西 孝义 032302）

引言

开采厚煤层对提高矿井煤炭产量、增加矿井经济效益等均有一定促进作用，现阶段矿井厚煤层多采用综放开采方式[1-2]。综采开采时，由于一次开采厚度大，往往具有顶板导水裂隙发育高度大、矿压显现显著等问题[3-5]。当矿井开采范围内水文地质条件复杂时，如何降低涌水影响是综采工作面开采时需要重点解决问题[6-8]。山西某矿开采范围内水文地质条件中等，煤层赋存稳定，回采的50901 综放工作面为5 采区9#煤层首采工作面，根据已有探测资料显示，预计采面开采期间涌水量较大，给煤炭开采效率以及回采安全等均带来一定威胁。文中就对该综放工作面采用的综合防治水技术进行探讨，以期为其他矿井类似情况下防治水工作开展提供经验借鉴。

1 工程概况

50901 综放工作面为5 采区首采工作面，采面设计走向推进距离、倾斜长分别为930 m、190 m，煤层埋深均值为260 m。9#煤层厚度6.5 m，赋存稳定，煤层倾角5°～13°，顶底以粉砂岩、石灰岩以及泥岩等为主。50901 综放工作面采放比为1∶1.59，设计推进速度为4.0 m/d，采用型号ZF7200/17/33.5 支架护顶。根据已有地质资料显示，50901 综放工作面回采期间涌水水源为顶板砂岩裂隙水以及上覆2#煤层采空区积水；底板承压含水层等。9#煤层与上覆砂岩裂隙水含水层、2#煤层采空区间距分别为30 m、85 m；底板承压含水层与9#煤层间距为280 m，正常情况下底板水不会制约9#煤层回采，但是当底板存在有导致构造时承压水通过导致构造、开采引起的底板裂隙等即会向回采空间涌出。顶板淋水以及底板承压水是制约50901 综放工作面高效回采的不利因素。为此，需要依据现场实际情况，针对性制定防治水技术措施。

2 综合防治水技术

根据回采的9#煤层现场实际情况，提出采用物探探测、钻孔疏排等方式进行防治水，降低50901 综放工作面顶板淋水量以及采空区出水量。在回采巷道内采用瞬变电磁探测手段对顶板潜在的导水地质构造以及富水区进行探测，并采用钻探方式对地质异常区进行探测，通过疏排钻孔对顶板砂岩裂隙水以及2#煤层采空区积水等疏排。

2.1 顶板裂隙水及采空区技术治理

2.1.1 顶板物探探测

通过采用瞬变电磁探测技术对顶板含水层、2#煤层采空区积水区等进行详细探测，以便为后续防治水工作开展提供指导。具体采用瞬变电磁探测2#煤层内异常区分布情况，如图1 所示。

图1 2#煤层采空区积水探测成果图

由于2#煤受小煤窑开采破坏，煤层不可采且采空区具体分布位置、采空区内积水量以及积水高度等参数均不详细，根据瞬变电磁探测成果确定2#煤层采空区内存在有4 个低阻异常区，2# 煤层采空区内积水量总计可达到2 万m3以上。

2.1.2 顶板裂隙水以及采空区积水疏排

在50901 综放工作面进风、回风巷内均施工钻孔，疏排顶板裂隙水以及2#煤层采空区积水等，从而降低后续采面回采期间涌出量。在切眼内布置3 个钻孔，孔深85 m、间距50 m；在进风巷、回风巷内均按照50 m 间距布置，钻孔终孔深度均应达到2#煤层采空区，对顶板裂隙水以及2#煤层采空区积水等进行疏排。

在采面切眼以及回采巷道内布置的钻孔在疏排初期出水量可达到159.65 m3/h，后进行1 个月疏排后钻孔出水量降至75 m3/h。截止到50901 综放工作面回采前，采面切眼内以及靠近采面200 m 范围内的钻孔出水量均降低至1.0 m3/h 以内。具体采面内疏排水钻孔布置，如下页图2 所示。

图2 探放水钻孔布置示意图

2.2 底板异常区探测及注浆改造

2.2.1 底板物探探测

采用瞬变电磁技术对底板异常区进行探测，具体如图3 所示。从探测结果得知，在9#煤层底板圈定有4 个低阻异常区，其中4 号异常区靠近回风巷，其他的1 号～3 号异常区均靠近运输巷，因此根据探测圈定的异常区位置在回采巷道内布置探测钻孔进行探测。

图3 底板物探探测成果图

2.2.2 底板注浆改造

采用注浆方式对底板存在的异常区进行改造，具体注浆钻孔布置，如图4 所示。在采面进、回风巷内均布置注浆钻孔，注浆浆液选择采用水泥浆。注浆完成后布置注浆孔对注浆效果进行考察，若检验钻孔出水量控制在3 m3/h 以内时，则表明注浆合理；同时结合采用直流电法进行探测，对圈定的异常区进行钻探或者二次注浆改造。

图4 底板注浆钻孔布置示意图

2.3 采面积水疏排

50901 综放工作面为该采区内首采工作面，采面3 面均为实体煤，1 面为采区集中巷道。根据采面回采巷道掘进揭露以及瓦斯抽采钻孔钻进揭露显示，开采范围内存在有一定的导水地质构造。为此，在采面进风巷低洼点布置水窝，用以积水并对及时进行排放。在进风巷内共计布置有3 个水窝，水窝容积均为8 m3，在水窝内布置2 台功率均为22 kW 水泵，并通过布置的排水管路将积水泵送至井下水仓。

在采面采空区较低点布置排水管路，对采面开采后采空区内积水进行疏排，从而避免采空区积水向回采空间溢出。

2.4 地面裂隙封堵

由于2#煤层埋深交浅，开采后引起地面变形且采空区与地面存在一定水力联系，地面降水、地表水等均会通过裂隙向2#煤层采空区内补给，最终通过9#煤层顶板裂隙涌向开采空间。为此，对采面对应地表内裂隙进行封堵、充填，以便降低地表水向井下回采空间渗入量。

3 总结

50901 综放工作面开采范围内水文地质复杂，采面回采期间主要涌水水源为顶板砂岩裂隙水以及上覆2#煤层采空区积水。为确保采面回采安全，提出采用瞬变电磁探测技术对顶板潜在的富水区域以及2#煤层采空区积水区进行探测，并采用超前疏排等方式降低顶板裂隙水及采空区积水向回采空间涌出量。由于2#煤层埋深较浅，采空区积水受地面降水以及地表水等补给，为此应对地面导水裂隙以及大裂隙等进行封堵。对底板导水构造进行探测，并用注浆封堵导水裂隙，确保采面回采安全。

在50901 综放工作面采取文中所述综合防治水技术后，采面回采期间顶板基本不出现淋水，50901工作面采空区通过排水管路将水排至运输巷水窝内，并通过水窝内排水泵泵送至井下水仓。采面通过采取综合性防治水技术，实现了安全回采。