煤層為主要含水層礦井揭煤方案研究

朱南京，陳加更，寧鵬

(陜西華電榆橫煤電有限責任公司，陜西 榆林 719000)

煤層為主要含水層礦井揭煤方案研究

朱南京，陳加更，寧鵬

(陜西華電榆橫煤電有限責任公司，陜西 榆林 719000)

根據(jù)小紀汗煤礦井田地質(zhì)報告，礦井屬水文地質(zhì)簡單礦井，但進風立井井筒在揭露煤層時發(fā)生涌水情況，水量達89 m3/h以上，水壓達2.3 MPa，井筒無法繼續(xù)施工。經(jīng)過論證，小紀汗煤礦#2煤層為主要含水層，煤層水主要為靜儲水。通過采取優(yōu)化巷道布置、增加臨時排水系統(tǒng)能力、井下與地面鉆孔疏放水等措施，保證回風大巷在含水層中順利落底揭煤。

小紀汗煤礦；煤層主要含水層；揭煤；疏放水；排水系統(tǒng)

0 引言

根據(jù)小紀汗煤礦井田地質(zhì)勘查報告，小紀汗煤礦#2煤層頂板砂巖含水巖組裂隙承壓水層的巖性為中、粗粒長石砂巖，厚21.20～60.45 m，涌水量為2.70～3.46 m3/h。而小紀汗煤實際揭露的水文地質(zhì)情況與勘探報告差距較大，進風立井在施工至320 m落底揭煤時發(fā)生涌水，水量達89 m3/h以上，水壓達2.3 MPa，井筒無法繼續(xù)施工。礦井水害已成為影響礦井施工及安全的最主要因素，嚴重影響礦井建設(shè)進度。

1 礦井揭煤實施方案

1.1 抬高進風立井碼頭門

進風立井碼頭門抬高23.7 m，井底車場及附屬工程避開煤層，提前布置在巖層內(nèi)，礦井有效疏放水后，井底車場通過斜巷落底揭煤，保證風險可控、在控；同時，對已揭露進風立井的涌水點采取注漿堵水等措施進行封閉。立井區(qū)域碼頭門抬高后，回風立井落底后進行改絞，利用改絞設(shè)備施工進風立井井底車場巷道，盡快實現(xiàn)回風立井與進風立井短路貫通，形成臨時通風系統(tǒng)[1]。主斜井采用不直接落底方式，井筒施工至1 100 m處施工探放水硐室，通過兩個可控探放水鉆孔探查主斜井位置煤層頂板位置；井筒施工至距離煤層頂板7 m處防治水警戒位置，避開涌水層位，通過臨時運輸聯(lián)絡(luò)巷與井底車場連接，解決二期工程施工的提升問題。

1.2 完善井下施工臨時排水系統(tǒng)

回風立井井底車場形成后，徹底解決了臨時水倉施工的空間布置問題，優(yōu)先安排井底臨時水倉及兩立井間聯(lián)絡(luò)巷道施工，盡快形成排水系統(tǒng)。立井井底#1，#2臨時水倉總?cè)萘繛? 000 m3，其中#1臨時水倉容量為300 m3，#2臨時水倉容量為700 m3，水倉排水能力按照600 m3/h配備，配套安裝臥式離心泵等排水設(shè)備。#1臨時水倉安裝4臺MD280臥式離心泵(2用2備)、2臺MD155臥式離心泵(1用1備)：2臺MD280水泵經(jīng)2趟?219 mm管路接至進風立井?377 mm管路，?377 mm管路延長至地面，出口增加1趟?219 mm PE管路至排水點；2臺MD155水泵分別通過2趟?159 mm管路經(jīng)sj2鉆孔?245 mm管路排至地面。#2臨時水倉安裝4臺MD155臥式離心泵，水泵經(jīng)主斜井2趟?159 mm管路排至地面保持不變，立井區(qū)域臨時排水能力將增大至1 000 m3/h以上。同時，在回風大巷揭煤點提前鋪設(shè)3趟?108 mm排水管和1趟?159 mm排水管，確保揭煤時工作面排水能力。參考進風立井揭露涌水情況，回風大巷落底揭煤時涌水量預計在430 m3/h左右，上述管路敷設(shè)已滿足該排水要求。排水系統(tǒng)參數(shù)見表1。

1.3 井底車場施工探水孔進行水文地質(zhì)分析

為確保小紀汗煤礦立井區(qū)域二期工程安全施工，堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，為提前探明富水區(qū)范圍及水量，先后在巷道內(nèi)施工5個探水孔：在回風立井臨時水泵房內(nèi)施工2個探水孔，在回風大巷施工1個探水孔，在接近揭煤點附近探放水鉆孔硐室內(nèi)施工2個探水孔。前期通過探水孔水量、水壓分析富水區(qū)層位及涌水量，后期通過探水孔排水，為落底揭煤創(chuàng)造有利條件。探水孔同時可作為疏放水工作觀測孔，通過水量水壓的變化分析降水漏斗半徑及疏放水效果[2]。定期對不同層位的涌水進行水樣全分析，對涌水進行持續(xù)觀測，通過水質(zhì)變化進一步分析涌水來源。

表1 排水系統(tǒng)參數(shù)

表2 鉆孔探水施工數(shù)據(jù)

為更好地分析此次探水結(jié)果，為揭煤施工提供參考依據(jù)，對#1～#5探水孔施工數(shù)據(jù)進行分析，具體見表2。

通過分析，#4鉆孔距回風大巷揭煤點最近，對該區(qū)域含水層位分析更具有參考價值，故暫定標高892.327 m為含水層位警戒線。在煤層頂板及進入煤層后有2次水量遞增過程，初步分析含水層為煤層頂板砂巖含水層及煤層含水層，涌水為承壓裂隙水。根據(jù)上述分析，回風西巷在施工過程中全程實施“有掘必探、先探后掘”原則，并根據(jù)含水層警戒位置合理安排現(xiàn)場施工進度，在施工至標高893 m時停止掘進，進入落底揭煤準備階段。

通過長期對鉆孔涌水量、水壓進行測定分析可知：隨著放水時間的推移，鉆孔出水量不斷減少，鉆孔水壓逐漸降低，證實涌水水源補給不充分，此富水區(qū)域具有可疏放性；同時，在鉆進過程中發(fā)現(xiàn)，鉆孔進入煤層后鉆進穩(wěn)定性較差，初步判定煤層裂隙比較發(fā)育，因此考慮煤層水主要為裂隙靜儲水。

1.4 采用地面井下綜合疏放水法

前期立井區(qū)域探放水孔抽排水情況表明，探水孔水頭壓力、單個鉆孔涌水量有一定下降；同時，根據(jù)電法勘探資料分析，含水層只是區(qū)域分布，含水量具有總量上的限制。根據(jù)以上資料并參考國內(nèi)其他類似礦井防治水經(jīng)驗，疏降水可有效降低水頭高度，形成降水漏斗，是解決富水區(qū)施工、回采的最佳手段。結(jié)合小紀汗煤礦自身情況，最終確定采用地面井下綜合疏放水法進行超前疏放水。相比井下疏放水，地面疏放水具有工程量小、電耗低、維修量小、強排線路短、區(qū)域限制性小等諸多優(yōu)點。在回風大巷斜巷揭煤前，小紀汗煤礦開始在回風大巷揭煤區(qū)域地面施工#1地面疏放水鉆孔，鉆孔鉆進層位至煤層底板5 m以下，鉆孔深度為350 m，鉆孔設(shè)計內(nèi)徑為? 350 mm，鉆孔內(nèi)安裝排水能力不小于100 m3/h的排水設(shè)備。

2 回風大巷揭煤

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，#1疏放水孔排水量為60～80 m3/h，累計排水量達100 000 m3以上。井下疏放水主要采用前期施工的探水鉆孔及工作面釋放涌水，回風大巷工作面及#5鉆孔排水量達150 m3/h，累計排水已達300 000 m3以上。井底疏放水孔水量水壓觀測顯示，該區(qū)域已形成明顯降水漏斗。其中#4探水孔水量由最初的29.4 m3/h降至6.0 m3/h，水壓由最初的2.4 MPa降至0.3 MPa。#5探水孔水量由最初的50.0 m3/h降至15.0 m3/h，水壓由最初的2.7 MPa降至1.6 MPa。在回風大巷排水系統(tǒng)形成后，探放水孔水壓、水量大幅度減少，回風大巷落底揭煤已具備條件?；仫L西巷在施工至176.6 m時，巷道逐漸進入揭煤階段，巷道開始明顯出現(xiàn)涌水，水量達90 m3/h左右，巷道能夠正常安排掘進施工。通過不斷向前掘進，涌水量變化不大，遠小于初期預測的400 m3/h，再次證明疏放水方案取得了階段性成功。為防止涌水影響工作面掘進，小紀汗煤礦采用千米鉆機進行超前疏放水，同時在巷道分階段施工臨時水窩對涌水進行攔截，保證工作面正常掘進施工。

3 落底揭煤后續(xù)具體工作措施

小紀汗煤礦回風大巷落底揭煤不僅為后期富水區(qū)巷道施工提供了寶貴的經(jīng)驗，還為周邊類似地質(zhì)條件礦井施工提供了借鑒。多途徑疏放水方案的順利實施使該礦下一步防治水工作措施更加清晰明確，具體工作措施如下。

(1)明確疏放水工程為解決涌水問題的主要手段，預先對副斜井落底區(qū)域、大巷及首采工作面進行疏降水，為后期施工提供有利條件。根據(jù)現(xiàn)場實際揭露情況及專家分析，采取超前疏放水工作是解決涌水威脅最有效的手段，在工作面順槽開口處附近施工3個地面疏放水孔，兼顧順槽及大巷超前疏放水，提前形成降水漏斗，為后期施工回采提供有利條件。

(2)堅持“有疑必探、先探后掘”的原則，利用主運大巷開口施工井下超前探水孔，進行井下超前疏放水。電法勘探結(jié)果顯示，回風大巷落底變平區(qū)域富水性較弱，暫時撤出綜掘機，在變平區(qū)域炮掘施工回風大巷與主運大巷聯(lián)絡(luò)巷，通過該段聯(lián)絡(luò)巷進行超前探放水，為后期開采創(chuàng)造有利條件。超前疏放水首先采用礦用鉆機進行短距離探水(礦用鉆機每次探深為150 m)，后期通過調(diào)研國內(nèi)先進千米鉆機技術(shù)，實現(xiàn)超前遠距離探放水。

(3)進一步完善井下排水系統(tǒng)，提高整體排水能力。進風立井井底車場#1，#2臨時水倉總蓄水能力為1 000 m3，整體排水系統(tǒng)仍面臨較大壓力。隨著綜掘施工的推進，陸續(xù)施工#3，#4臨時水倉和其他臨時中轉(zhuǎn)水倉，同時不斷完善井下排水系統(tǒng)、地面鉆孔強排系統(tǒng)等多個排水系統(tǒng)，確?？傮w排水能力滿足現(xiàn)場需要。施工過程中，還將分階段施工若干臨時水窩，對上部涌水進行有效攔截，保證工作面正常施工。

(4)盡快組建專門的防治水隊伍，配齊專用探放水設(shè)備。根據(jù)小紀汗煤礦探放水鉆孔探查及實際涌水情況，小紀汗煤礦屬水文地質(zhì)復雜礦井，為保證井巷工程掘進施工安全，按《煤礦防治水規(guī)定》總則第5條規(guī)定：“煤礦企業(yè)、礦井應當按照本單位的水害情況，配備滿足工作需要的防治水專業(yè)技術(shù)人員，配齊專用探放水設(shè)備，建立專門的探放水作業(yè)隊伍。水文地質(zhì)條件復雜、極復雜的煤礦企業(yè)、礦井，還應當設(shè)立專門的防治水機構(gòu)?！痹O(shè)立相應的人員及機構(gòu)。

[1]張榮立，何國緯.采礦工程設(shè)計手冊：礦井水害防治[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003：3587-3588.

[2]牛宜耕.礦井高壓含水層探放水鉆孔的實踐及其應用[J].煤炭技術(shù)，2004(4)：77.

(本文責編：劉芳)

朱南京(1981—)，男，江蘇東海人，副總工程師，工程師，從事礦井一通三防、采掘技術(shù)管理方面的工作(E-mail:yunhai320722@163.com)。

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1674-1951(2017)11-0036-03

2017-09-11；

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