淺談煤礦工作面頂板出水原因分析及防治措施

張 洋 朱俊魁

（河南能源化工集團(tuán)義煤公司千秋煤礦地測(cè)科，河南 三門峽 472300）

煤礦開采多為地下作業(yè)，在井巷開拓和煤層的回采過(guò)程中，不可避免地要揭露或波及破壞某些含水層（體）。只要這些工程的作業(yè)場(chǎng)所位于含水層（體）以下時(shí)，水體就會(huì)失去原有的平衡，在重力的作用下，以各種形式向井巷或采廠涌出，這既可能是一般的滴、淋水，也可能是突破性的大量涌水，形成水害。這主要取決于作業(yè)場(chǎng)所所處的地質(zhì)構(gòu)造部位，含水層的富水性，可能的補(bǔ)給水量和水壓，以及工程對(duì)各含水層的揭露貫穿或波及破壞程序，因此，煤礦生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中，礦井的生存與發(fā)展都與這一切息息相關(guān)，水害是煤礦的五大自然災(zāi)害之一。水害的嚴(yán)重程度，受多方面因素影響，如煤礦水文地質(zhì)條件，礦井開拓開采對(duì)地下水原平衡條件破壞等因素。通過(guò)對(duì)千秋煤礦礦井水防治工作多年的探索技術(shù)學(xué)習(xí)，根據(jù)千秋煤礦的水害特點(diǎn)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)，已形成了一套煤礦防治水理論，以及對(duì)策方法措施及管理制度。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)為千秋煤礦防治水工作起到重要作用。

1 工作面水文地質(zhì)概況

21172 綜放工作面是千秋煤礦2011 年二一區(qū)東翼投產(chǎn)的唯一一個(gè)綜放工作面，掘進(jìn)期間上巷已揭露F3-6 斷層，該斷層落差大地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，工作面上巷在1190m 處遇到F3-6 斷層，產(chǎn)狀260°∠80°，h=11m,斷層在工作面中部尖滅。該斷層有三條派生斷層，（1）產(chǎn)狀259°∠85°，h=7m,（2）70°∠71°，h=3.0 和（3）70°∠70°，h=1.3m。斷層帶走向長(zhǎng)度為60m。且F3-6 斷層已溝通位于21172 工作面北500m 處的14161 綜采工作面老空水積水區(qū)，該積水區(qū)已知積水量80000m3有余，且斷層尖滅位置為富水區(qū)域，含水層又比較發(fā)育。F3-6 斷層為張性正斷層，構(gòu)造斷裂使隔水層與含水層發(fā)生位移巖石破碎，它是造成礦井沖水和透水的主要通道，斷層帶有導(dǎo)水現(xiàn)象，當(dāng)工作面回采至斷層7m 時(shí)，平巷老塘頂板開始放出水，9m3/h.水色清、無(wú)味，經(jīng)過(guò)多次水質(zhì)化驗(yàn)的研究分析充分證明，水源來(lái)源于頂板上侏羅系巨厚礫巖含水層水。

21172 工作面直接頂為灰色、深灰色泥巖，致密塊狀，賦存穩(wěn)定，厚度9.4m～13.5m，隔水性較好。上部為中上侏羅系雜色粉砂巖、細(xì)砂巖、礫巖組成，以礫巖為主，交替出現(xiàn)的混合巖層。該層厚度大，含水性不穩(wěn)定。砂巖和礫巖整體為弱含水層，但由于砂、礫巖層裂隙發(fā)育極為不均，局部存在裂隙強(qiáng)烈發(fā)育而形成強(qiáng)富水區(qū)段。工作面回采后，平均采放高6.2m，按照1：14 冒落裂隙計(jì)算，最大導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度可達(dá)到86m 以上，可以溝通上部多個(gè)含水組（段），甚至受巨厚礫巖含水層的補(bǔ)給。因此，工作面回采過(guò)程中可能會(huì)受到頂板水的危害。

2 積極開展井下物探，掌握水情異常區(qū)域

21172 工作面2011 年3 月8 日開始回采，于6 月11 日開始出水，由原來(lái)的6m3/h 逐漸增加，隨后逐漸增大，最大水量達(dá)386m3/h。截止2014 年9 月實(shí)測(cè)涌水量穩(wěn)定在120～130m3/h。工作面水量之大、持續(xù)時(shí)間之長(zhǎng)，均是我礦前所未有的。在工作面防治水方面我礦逐步提高防治水理念，不斷優(yōu)化防排水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了防治水工作由措施型向工程型的轉(zhuǎn)變，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

為了準(zhǔn)確掌握21172 工作面頂板巖層的含水性，及時(shí)邀請(qǐng)義煤公司防治水研究所對(duì)21172 工作面實(shí)施瞬變電磁勘探，依據(jù)生產(chǎn)地質(zhì)資料和鉆探結(jié)果，劃定頂板水情異常區(qū)兩個(gè)（富水面積分別為9000m2、2400m2）。經(jīng)打鉆驗(yàn)證，出水量分別為2.6m3/h、3.0m3/h。

3 不斷提高防治水的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)防治水工作由措施型向工程型的轉(zhuǎn)變

3.1 措施型排水階段

由于千秋煤礦建礦以來(lái)，所有的回采工作面涌水量沒(méi)有超過(guò)50m3/h，在防治水的認(rèn)識(shí)上存在不足，因此在21172 工作面的防治水初期階段，均采取的措施一是堵：在工作面20 架以下的后部溜子老塘側(cè)至下巷，壘砌一道高度0.8m，厚度0.24m 的磚墻，防止老塘水進(jìn)入后部溜子和轉(zhuǎn)載機(jī)；二是順：在墻內(nèi)鋪設(shè)一趟10 寸順?biāo)苈?，向下巷最低點(diǎn)順?biāo)蝗桥牛悍謩e在轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾和1050m 巷道最低點(diǎn)處，開挖泵坑，安裝水泵和管路進(jìn)行排水。由于工作面的水量持續(xù)增加，工作面由俯采變?yōu)檠霾?，排水設(shè)備和管路不可靠，造成工作面的安全和生產(chǎn)沒(méi)有保障。促使千秋煤礦防治水工作轉(zhuǎn)變觀念，實(shí)施由措施型向工程型的轉(zhuǎn)變。

3.2 工程型排水階段

在21172 工作面下巷950m 至780m 下幫，開設(shè)170m 流水巷（巷道斷面10m2），流水巷內(nèi)挖設(shè)水溝寬0.8m，深0.6m，并在流水巷外口做50m3的沉淀池和泵坑，安裝配備BQS100-60/37kw 潛水泵五臺(tái)、BQS100-100/75kw 潛水泵四臺(tái)，鋪設(shè)兩趟6 寸、五趟4 寸管路，將水垂直提高13m 后，經(jīng)管路排至下巷口環(huán)形水倉(cāng)。2012 年元月5 日涌水量達(dá)到386m3/h，為了增加排水能力在下巷環(huán)形水倉(cāng)處施工一個(gè)第二泵房，安裝MD155-30×10 多級(jí)泵三臺(tái)，工作面實(shí)際排水能力達(dá)450m3/h。

3.3 綜合型排水階段

為了使流水巷進(jìn)入老塘報(bào)廢后，不影響正常排水，我們開始在工作面下巷780m 至外部環(huán)形水倉(cāng)掘砌一條暗水渠，暗水渠的具體參數(shù)：長(zhǎng)度：720m，坡度：7‰，凈寬：0.6m，凈深：0.6m，砌筑0.24m 磚墻。

水渠埋深1.5m 至3.5m，用水泥進(jìn)行粉刷底、幫，頂部用廢舊軌枕、金屬網(wǎng)和彩條布進(jìn)行封蓋回填，防止水渠坍塌。暗水渠每20m留設(shè)一個(gè)觀察口，便于觀察涌水量。當(dāng)觀察口進(jìn)入老塘前，采用木垛進(jìn)行防護(hù)，并建立磚墻截水，使采空區(qū)涌水通過(guò)觀察口進(jìn)入暗水渠。

為了提升21172 工作面下巷外段的排水能力，在下巷停產(chǎn)線處及時(shí)設(shè)計(jì)并組織施工了21 采區(qū)中部水倉(cāng)，水倉(cāng)有效容積2000m3，安裝MD280-65x6 多級(jí)泵兩臺(tái)和BQS300-100/75 潛水泵兩臺(tái)，通過(guò)兩趟8寸和一趟6 寸管路，最終將水全部排至二水平大巷水倉(cāng)，21172 工作面排水能力達(dá)650m3/h 以上。

4 結(jié)束語(yǔ)

自21172 工作面從2011 年6 月初回采遭遇F3-6 斷層帶直至回采結(jié)束，回采期沒(méi)有因?yàn)槌鏊绊懓踩a(chǎn)，同時(shí)也為千秋煤礦今后的防治水工作提供技術(shù)依據(jù)和參數(shù)?？傊?，正確分析礦井、采區(qū)的水文地質(zhì)特征是治理的基礎(chǔ)，查清積水區(qū)水源補(bǔ)、徑、排關(guān)系是治理的關(guān)鍵，只有這樣才能確定合理的治理方案。

實(shí)踐證明，21172 工作面老塘頂板水采用臨時(shí)水倉(cāng)、流水巷、環(huán)型水倉(cāng)分級(jí)分段進(jìn)行排放治理，具有經(jīng)濟(jì)、快捷、投入少、效率高等特點(diǎn)，并取得了良好的綜合效益。通過(guò)不斷地在21172 工作面實(shí)施防治水工程，優(yōu)化升級(jí)防排水系統(tǒng)，達(dá)到了21172 工作面“水大不見水，水大不影響生產(chǎn)”的效果，確保了工作面始終保持正常順利回采，減少了大量水泵、管路及電器設(shè)備的投入。每年可節(jié)約電費(fèi)210.06 萬(wàn)元，節(jié)約工資40.8 萬(wàn)元。

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