煤礦頂板灰?guī)r水疏干技術(shù)研究與應(yīng)用

白利文

（河南工程咨詢監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450052）

宏盛聚德煤業(yè)有限公司煤礦 （下稱聚德礦）8 號煤直接頂板為L1 灰?guī)r，厚度7.5m 左右，該層灰?guī)r裂隙、溶穴發(fā)育，富水性非常強(qiáng)。8 號煤3 條大巷為下山，當(dāng)掘進(jìn)至西回風(fēng)井時頂板淋水量大，最大單頭淋水量為60m3/h，不僅對掘進(jìn)安全構(gòu)成巨大威脅，而且嚴(yán)重制約了巷道施工進(jìn)度，2012 年6 月，8 號軌道大巷單月綜掘進(jìn)尺僅80m。 為保障安全，提高掘進(jìn)進(jìn)度，提出超前鉆孔疏干技術(shù)，將迎頭前方的水引到側(cè)幫鉆場排放，迎頭水量減小到小于10m3/h 以下， 疏干后，8 月份單掘進(jìn)頭進(jìn)尺最高達(dá)369m，三條巷道總進(jìn)尺922m，創(chuàng)歷史最高紀(jì)錄。 本文在分析灰?guī)r水對8 號煤掘進(jìn)影響的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了頂板灰?guī)r水可疏性評價，結(jié)合工程實(shí)踐，提出了物探探測與鉆探疏干相結(jié)合的技術(shù)方法，取得了顯著效果。

1 L1 灰?guī)r水及其對8 號煤掘進(jìn)的影響

1.1 出水表現(xiàn)形式及影響

8 號煤3 條大巷為下山掘進(jìn)，直接頂板為L1 灰?guī)r，在采掘施工時，直接頂板的裂隙、溶穴水會從巷道頂板直接淋到掘進(jìn)迎頭，主要表現(xiàn)為頂板大面積滴、淋水，局部地段從頂板的孔洞中呈水柱狀傾瀉，導(dǎo)致煤裝不上皮帶，掘進(jìn)進(jìn)度慢，最低進(jìn)尺80m/月，經(jīng)常糊泵、多次燒泵，經(jīng)濟(jì)損失大，工人作業(yè)環(huán)境惡化。

1.2 水害類型及特點(diǎn)

（1）頂板水。8 號煤頂板L1 灰?guī)r下山方向基本呈一單斜構(gòu)造，沿下山傾向方向略有起伏，發(fā)育有小型褶曲，在應(yīng)力集中區(qū)域，裂隙常較發(fā)育，巖層透水性也好。 一般在褶曲的軸部發(fā)育有一系列近似垂直于巷道掘進(jìn)方向的構(gòu)造裂隙，不同級次的裂隙普遍擴(kuò)容、連通，在一定范圍內(nèi)構(gòu)成含水裂隙網(wǎng)絡(luò)，如同由毛渠到干渠的各線渠道連成的一個渠系。 巷道揭露此含水裂隙網(wǎng)絡(luò)的主干裂隙、小斷層時，各小裂隙中的水，匯集于主干裂隙，從而出現(xiàn)相當(dāng)大的水量。 目前本礦8 號三條大巷掘進(jìn)過程中先后揭露的幾處小型頂板斷裂或異常區(qū)，施工期間三條巷道中超前掘進(jìn)的巷道在揭露這些小構(gòu)造時，其頂板及涌水量較其他地段大。 由于下山掘進(jìn)特殊的地質(zhì)條件造成在水疏干后，巷道繼續(xù)掘進(jìn)又會有水從頂板出來，這個現(xiàn)象顛覆了所謂“頂板水跟著掘進(jìn)迎頭走”的說法，用“頂板水在迎頭等著”來形容更確切。 治理異常困難，給施工帶來嚴(yán)重的影響，施工環(huán)境非常惡劣。

（2）陷落柱富水。8 號煤3 條大巷已揭露兩個陷落柱。陷落柱主要由8 煤頂板塌陷下來的巖石碎塊組成。 這些巖石碎塊棱角顯著、形狀各異，排列紊亂，大小混雜，大的巖塊直徑可達(dá)數(shù)米，小的僅幾厘米，巖塊之間形成空洞，并發(fā)育大量溶穴，溶穴內(nèi)充填大量白色方解石晶體。 碎塊間充滿巖粉、煤粉和各色粘土，膠結(jié)差，未成巖。 陷落柱柱體內(nèi)富水性非常強(qiáng)，在揭露這兩個陷落柱之前，淋水異常加大。 在揭露X4 陷落柱時，由于陷落柱體破碎石塊空隙的大量存在，空隙、裂隙中充滿水，掘進(jìn)和鉆孔揭露時涌水量達(dá)到60m3/h。

2 頂板灰?guī)r水可疏性評價

受地質(zhì)構(gòu)造控制，本井田范圍內(nèi)L1 灰?guī)r含水層的補(bǔ)給條件弱，徑流以順巖層傾斜運(yùn)移，沿東向西流出井田外，礦井排水是其主要排泄途徑。 從之前頂板淋水疏干情況來看，巷道頂板淋水一般3 天即可疏干，迎頭掘進(jìn)超前后，后部水量一般會疏干，屬于衰減型的靜儲量，基本沒有補(bǔ)給水源。

根據(jù)地下水運(yùn)移理論的“大井法”，隨著礦井開拓時的強(qiáng)烈排水，會圍著排水點(diǎn)形成一定直徑的疏干降落漏斗，隨著排水的不斷進(jìn)行疏干漏斗不斷擴(kuò)展，降落漏斗范圍內(nèi)的水即被疏干。 頂板灰?guī)r水的賦存類型由承壓轉(zhuǎn)為無壓，巷道(鉆孔)標(biāo)高以上的富水區(qū)內(nèi)頂板水被疏放（如圖1 所示）。 該巷道雖為下山施工，但由于坡度較小，仍具備疏干可行性。

圖1 8 號煤頂板水疏干模型示意圖

3 頂板灰?guī)r水疏干技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》的“有掘必探、先探后掘”的防治水原則，結(jié)合“防、堵、疏、排、截”的綜合治理措施，為確保安全生產(chǎn)，在礦井巷道掘進(jìn)工作時，必須堅(jiān)持進(jìn)行探放水。 根據(jù)地質(zhì)條件制定了超前小角度鉆孔疏水方案， 在實(shí)施此方案的過程中，為防治局部地段有斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造造成局部異常富水，采取了物探探測與鉆探疏干相結(jié)合的技術(shù)方案。

3.1 物探探測

在8 號煤掘進(jìn)頭的掘進(jìn)過程中采用瞬變電磁探測方法進(jìn)行連續(xù)超前探測，以查清8 號煤掘進(jìn)巷道迎頭工作面本煤層及底板方向與煤層成45°、30°、15°、0°、-15°、-30°-45°夾角區(qū)域在180°方位100m 距離空間范圍內(nèi)的富水區(qū)分布情況， 為下一步對頂板水和隱伏構(gòu)造（包括陷落柱）水害的治理提供參考依據(jù)。

3.2 鉆探疏干

在物探成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)8 號煤充水因素分析，對影響8 號煤巷道掘進(jìn)的直接水害L1 灰?guī)r水進(jìn)行了鉆探疏干措施。在超前探鉆孔的基礎(chǔ)上布置2～3 個小角度頂板疏水孔， 一般為+1°到+3°，最大調(diào)整到+8°，鉆孔深度為鉆機(jī)的最大鉆進(jìn)深度，以穿過L1 灰?guī)r，進(jìn)入頂板泥巖1m 為準(zhǔn)。 一般疏水孔深度70～90m，鉆孔出水量3～50m3/h，迎頭頂板淋水僅3～5m3/h，效果顯著(鉆孔布置如圖2 所示)。

圖2 鉆孔布置示意圖

3.3 疏水技術(shù)要求

①鉆孔探到水后，要觀測水壓、水質(zhì)、水量和估計(jì)積水量或補(bǔ)給量。 根據(jù)礦井排水能力及水倉容量，控制放水孔的流量或調(diào)整排水能力，并清理水倉、水溝等，防止淹井。

②放水時，應(yīng)當(dāng)設(shè)有專人監(jiān)測鉆孔出水情況，測定水量和水壓，做好記錄。 記錄內(nèi)容有水量大小、水量變化、水量變化時間、有毒有害氣體情況、水色的變化、本班放水情況以及其他異常情況，并認(rèn)真進(jìn)行交接班，出班后填寫記錄，并向值班匯報(bào)，便于分析水量情況。

③放水過程中，如果水量突然變化，應(yīng)當(dāng)及時處理，并立即報(bào)告礦調(diào)度室。 遇緊急情況，馬上發(fā)出警報(bào)撤出受水威脅地點(diǎn)人員。

3.4 效果檢驗(yàn)

8 號煤集中軌道巷在2012 年6 月揭露X2 陷落柱時開始實(shí)施疏放水工作， 實(shí)施鉆孔疏水效果良好， 單孔最大出水量50m3/h， 將迎頭前方的水引到側(cè)幫鉆場排放， 迎頭水量由最大60m3/h 減小到小于10m3/h，甚至無水，將一直困擾在迎頭的水的引到了鉆場，煤泥混合水變成了清水，糊泵、燒泵以及煤裝不上皮帶等問題均得到了圓滿解決，掘進(jìn)工效大幅提高，最顯著的是8 月份，三條巷道單月總進(jìn)尺922m，以后月巷道正常進(jìn)尺保證在200m 以上。

4 結(jié)論

（1）灰?guī)r水的出水表現(xiàn)形式通常為頂板大面積滴、淋水，局部地段從頂板的孔洞中呈水柱狀傾瀉，進(jìn)而導(dǎo)致煤裝不上皮帶、掘進(jìn)進(jìn)度慢、糊泵或燒泵等。

（2）灰?guī)r水常以頂板水或陷落柱水的形式涌入采掘空間，由于陷落柱體破碎石塊空隙大量存在，空隙、裂隙中容易充水，在采掘時應(yīng)密切關(guān)注陷落柱水的影響，及時進(jìn)行灰?guī)r水可疏性評價。

（3） 物探探測法和鉆探疏干法相結(jié)合的技術(shù)方法在頂板灰?guī)r水疏干過程中效果良好，采用瞬變電磁法進(jìn)行超前探測是揭露陷落柱和前方富水區(qū)的重要技術(shù)手段。

（4）對于存在陷落柱等異常地質(zhì)構(gòu)造的礦區(qū)，建議在掘進(jìn)工作面嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探，先探后掘”的防治水原則，加大物探、鉆探探測的力度，防止誤揭斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造異常富水區(qū)，建立健全排水系統(tǒng)，預(yù)防突水淹面、淹井事故的發(fā)生。

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