主要充水含水层下大水工作面的水害综合治理

张鹏

（开滦（集团）钱家营矿业分公司，河北 唐山 063301）

钱家营矿共有7 个含水层，且5 煤层顶板砂岩裂隙含水层为矿井主要充水含水层，7 煤层又是矿井主采煤层，5 煤层顶板砂岩裂隙含水层对矿井7煤层顶板水补给充分（矿井涌水量将近80%来自于5 煤层顶板砂岩裂隙含水层水）。目前矿井7 煤层开采主要分布于十采区，虽然以往十采区7 煤层各个工作面也提前实施物探、钻探等工程，但在实际回采过程中，只施工物探及钻探的防治水工程对保证工作面正常安全生产的效果不理想，2076 东工作面回采前在工作面实施了音频电透视及无线电坑透物探，并对物探结果进行了充分验证，且在运道外部施工了1 条泄水巷，保证了工作面不会发生水害事故，但未充分考虑细节问题，如2076 东在回采初期突然出水时，由于里部有一小洼坑，且泵排水工作不理想，造成了运道里部一段距离出现拉水煤现象，影响工作面安全高效生产，因此，对矿井7 煤层大水工作面的水害综合防治研究更显得尤为重要。

1 工程概况

工作面位于井田东翼十采区西翼，工作面下方为-780 东、西翼轨道大巷，-780 东、西回风巷。其中-780 东回风巷东侧有十采下部运斜石门、十采区专用回风巷。同煤层倾斜上方2076 西工作面已回采完毕，倾斜下方暂无工作面。其它煤层暂无工程。工作面标高-731.5—-696.3 m，工作面平均走向长1 191.1 m，倾斜长199 m，煤层厚度1.2～5.6 m，平均煤厚3.3 m，煤层厚度变化较大，工作面内部受构造影响局部煤厚小于0.7 m；煤层倾角1°～10°，平均5°，煤层上部含1 层厚0～1.0 m粉砂岩夹矸，平均0.5 m，煤层走向在N60°～N95°，工作面大部分区域煤层走向平缓。

2 工作面地质及水文地质概况

工作面地质条件较复杂，工作面掘进时共揭露断层22 条，落差0.5～ 4.5 m。其中对回采影响较大的有7 条，影响较小的有2 条，切眼及停采线以外的有13 条。受2077 西-f1、f2、f3 断层的影响，工作面内部存在M＜1.3 薄煤区和M＜2.0 煤层变薄区域，造成掘进时风、运道破板厚度增加，局部甚至全岩，沿掘进方向影响约36 m，沿断层走向向工作面内延展约196 m。2077 西切眼西部位于南阳庄背斜轴部区域，地质构造发育密集，煤层厚度及起伏变化较大，其中，f7H=3.0∠62°、f9H=3.0∠24°、f11H=4.5∠65°、f14H=1.8∠61°、f15H=2.0∠56°、f18H=1.8∠31°等断层落差较大，造成掘进时破板厚度增加，局部甚至全岩，断层附近顶板破碎，易冒落。据7 煤层地质构造特点分析，在回采过程中还可能揭露一定数量的隐伏地质构造。

7 煤层顶板为砂岩裂隙弱含水层，上覆5 煤层顶板含水层富水性中等，局部较强，对该区域7 煤层顶板补给充分，特别是在断层及裂隙发育时，5煤层顶板含水层水渗透性极强，7 煤层工作面放顶后及遇断层裂隙发育区段时有可能出现较大涌水，因此根据2077 西工作面周边区域水文地质资料分析预计，回采期间正常涌水量为1.36 m3/min，最大涌水量为2.04 m3/min。

3 超前探查

3.1 区域超前探查

工作面回采前通过在2077 泄水石门采取超前探查孔的方式，使该区域水压降至1.4 MPa，为工作面回采创造了良好的水文地质条件，钻孔平面图如图1 所示。

图1 区域超前探查钻孔平面图Fig.1 Area advanced detection drilling hole plane

3.2 工作面物探技术

采用矿井音频电透视技术在2077 西工作面的上风道、下运道施工，探测工作面顶板以上0～40 m 层段、41～80 m 层段含水层中含水性相对低阻区的分布范围、走向及其含水性的相对强弱等特征，探测控制2077 西工作面长度1 200 m。从电法角度对工作面水文地质条件予以初步评价，为工作面回采的设计与实施提供参考资料（图2）。

图2 2077 西工作面探测示意Fig.2 No.2077 west Face detection

0～40 m 高度层段：2077 西工作面顶板上0～40 m 高度层段内岩层的视电导率阈值在15～160间变化，平均值为37、标准偏差为14。其中有3个视电导率阈值≥30 的异常条带，从切眼至停采线依次编号为1、2 和5 号相对低阻区（表1）。

表1 顶板以上0～40 m 高度层段相对低阻区分布情况统计Table 1 Statistics on the distribution of relatively lowresistance areas in the 0～40 m height section above the roof

煤层以上0～40 m 高度层段岩层视电导率值横向分布特征如下。

（1）1 号相对低阻区位置在靠近上风道和切眼附近，强度弱、范围较小，推测为掘进机干扰所致。

（2）2 号相对低阻区位置在切眼向外150～500 m 区域，强度强、范围广，推测为岩层裂隙发育富水所致。

（3）5 号相对低阻区位置在停采线区域，强度较强、范围小，推测为岩层裂隙发育或干扰所致。

41～80 m 高度层段：2077 工作面顶板上41～80 m 高度层段内岩层的视电导率阈值在15～100 变化，平均值为41、标准偏差为21。其中有5 个视电导率阈值≥30 的异常条带从切眼至停采线依次编号为1、2、3、4 和5 号相对低阻区域（表2）。

表2 顶板以上41～80 m 高度层段内相对低阻区分布情况统计Table 2 Statistics on the distribution of relatively lowresistance areas in the 40～80 m height section above the roof

煤层以上41～80 m 高度层段岩层视电导率值横向分布特征如下。

（1）1 号相对低阻区位置在靠近上风道和切眼附近，强度弱、范围较小，推测为掘进机干扰所致。

（2）2 号相对低阻区位置在切眼向外150～370 m 区域，强度强、范围广，推测为岩层裂隙发育富水所致。

（3）3 号相对低阻区位置在切眼向外450～500 m 区域，强度强，范围广，推测为岩层裂隙发育富水所致。

（4）4 号相对低阻区位置在切眼向外900～950 m 区域，强度弱，范围小，推测为岩层裂隙发育或底板积水干扰所致。

（5）5 号相对低阻区位置在停采线区域，强度较强、范围小，推测为岩层裂隙发育或干扰所致。

煤层上岩层视电导率值纵、横向分布特征。

1、2 和5 号相对低阻区位置在0～80 m 高度层段纵、横向位置基本吻合。其中2 号相对低阻区在41～80 m 高度层段呈现减弱趋势，横向不连续，分离为2 和3 号。4 号相对低阻区在0～40 m高度层段没有呈现，推测纵向不连续。

音频电透视探测成果显示如图3 所示。

图3 2077 西工作面顶板岩层含水性音频电透视探测立体成果图Fig.3 The three-dimensional result map of water-bearing audio-frequency electric perspective detection of roof strata in No.2077 west Face

（1）1、4 和5 号相对低阻区富水可靠性不强。

（2）2 和3 号相对低阻区域强度强、范围大，且纵、横向连续性较好。

3.3 工作面超前探查

7 煤层顶板含水层为弱含水层，上覆5 煤层顶板含水层富水性中等，局部较强，对7 煤层顶板水补给充分，因此5 煤层顶板含水层水对该工作面回采有影响。根据以往水文地质资料分析，该工作面相对低阻区已在上邻2076 西运道实施了超前探查孔，为了进一步降低工作面水压及涌水量，同时验证该区域及工作面超前探查孔效果，在2077 西运道向煤层深部施工超前探查孔，钻孔平面图如图4所示。

图4 2077 西运道超前探查钻孔平面图Fig.4 The advanced detection drilling plane of No.2077 west transport roadway

工作面运道共施工6 个超前探查钻孔，总工程量834.5 m，累计放出水量2 325.66 m3，根据2 号钻孔实测水压，工作面水压由1.4 MPa 降至0.4 MPa。

4 施工安全有效的防排水工程

2077 西运道走向长约1 232 m，通过对2077西运道现场调查发现，运道受煤层走向影响，无法达到自然顺排水条件（图5），如果工作面涌水突然增大，仅通过泵排水的方法无法保证工作面的安全高效生产，且也将会给排水工作带来极大不便。

图5 2077 西运道剖面图Fig.5 The profile of No.2077 west transport roadway

综合治理情况：在2077 西运道尾巷施工1 条泄水巷至2077 西泄水石门；在运道外部施工1 条泄水巷至十采五中。2077 西整体排水设计方案共3部分：运道556 m 至切眼范围内，水由运道经里部泄水巷、2077 泄水石门最终流向-850 东大巷；运道556 m 至运道397 m 范围内，水由运道经外部泄水巷、十采五中最终流向-780 大巷；运道397 m至设计停采线范围内，水由运道经外部泄水巷、十采五中最终流向-780 东大巷。同时在里部、外部泄水巷施工简易挡水墙，里部泄水巷共4 道，外部泄水巷共4 道，且在外部泄水巷开口处施工1 处沉淀池，沉淀池引出2 趟8 存排水管至十采五中。运道局部须下卧，工程量525 m，并在切眼至设计停采线之间行人侧施工1 条水沟。排水系统路线图如图6 所示。

图6 2077 西排水系统路线图Fig.6 The roadmap of No.2077 west drainage system

2077 西在回采过程中采面未出现滴淋水现象，初期放顶后老塘水水量0.5 m3/min，回采结束时老塘水水量0.2 m3/min，回采过程中工作面涌水未对生产造成影响，均按制定防排水路线排出，综合治理方案取得了显著效果，确保了2077 西工作面安全高效生产，同时也为今后开采主要充水含水层下大水工作面的综合防治积累了宝贵经验。

5 结论

（1）在高压富水含水层中施工首要任务是“治水”，通过超前探查孔的施工，将含水层中裂隙水引至钻孔中，避免巷道施工中集中涌水的出现，保证施工安全及进度。

（2）设立井下专用测压孔可以动态监测含水层水位，通过与井上含水层观测孔的结合使用能更准确了解区域含水层水位，为生产提供水文参数。

（3）在高压富水且具有软岩的巷道施工中，需坚持探查-疏水-掘进施工-探查-疏水-掘进施工循环探查方法，坚持先治理后施工、不治理不施工的工作方针，避免出现水害事故。