梨園河煤礦頂板砂巖裂隙水防治方案研究

趙慧國(guó)

摘 要：51103進(jìn)風(fēng)巷工作面掘至390m處，在迎頭進(jìn)行頂板錨索施工作業(yè)時(shí)，頂板錨索孔開始出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，造成工作面錨索支護(hù)施工困難，為了保障工作面安全掘進(jìn)，對(duì)煤層頂板水的來源進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出采取超前預(yù)疏放是解決頂板水害的有效途徑。

關(guān)鍵詞：砂巖裂隙水；超前探放；富水異常區(qū)

1 工作面概況

梨園河煤礦是一座設(shè)計(jì)年產(chǎn)180萬t的中型礦井，礦區(qū)面積23.7556km2，生產(chǎn)規(guī)模180萬噸/年，開采方式：地下開采，批準(zhǔn)開采礦種為2#-6#煤層，準(zhǔn)采標(biāo)高1880m-820m。51103進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)工作面屬于梨園河煤礦5#煤層511采區(qū)，沿煤層底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度928m，采用錨桿錨索支護(hù)，平均煤厚6.9m，采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，東部為工業(yè)廣場(chǎng)煤柱，南部為斜井煤柱，西部為511軌道上山、511皮帶上山、511行人上山、5#煤層回風(fēng)巷，北部為51103回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面，周邊無老窯及采空區(qū)，相應(yīng)地面無村莊及地面建筑，地形為基巖黃土覆蓋，溝壑發(fā)育。2017年8月51103進(jìn)風(fēng)巷工作面掘至390m處，在迎頭進(jìn)行頂板錨索施工作業(yè)時(shí)，頂板錨索孔內(nèi)開始出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，繼續(xù)鉆進(jìn)頂板1.5m后，孔內(nèi)涌水量加大，當(dāng)時(shí)迎頭20m范圍內(nèi)最大涌水量達(dá)17m3/h，造成工作面錨索支護(hù)施工困難，直接影響著安全生產(chǎn)。為了保障受煤層頂板水害威脅的51103進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)工作面安全掘進(jìn)，對(duì)煤層頂板水的來源進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出煤層頂板砂巖水害防治的有效措施。

2 防治措施研究

根據(jù)已有水文地質(zhì)資料，51103工作面范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，無大的地表水體，周邊無老窯和采空區(qū)。分析周邊鉆孔ZK1303，51103進(jìn)風(fēng)巷工作面直接頂為石炭系太原組黑色泥巖，厚度約2.0m，老頂為5#煤層主要含水層--石炭系太原組砂巖含水層，是5#煤層的主要充水水源。直接底為石炭系太原組黑色泥巖，老底為石炭系太原組K2砂巖含水層，結(jié)合以往抽水試驗(yàn)結(jié)果，梨園河煤礦太原組砂巖含水層整體富水性較弱，但不排除該區(qū)域頂板裂隙發(fā)育，含水層局部富水性增強(qiáng)的可能性。為證實(shí)工作面頂板涌水來源，確保煤礦安全生產(chǎn)，在工作面涌水量增大后，第一時(shí)間命令掘進(jìn)隊(duì)組停止施工，同時(shí)制定相應(yīng)的探放水措施，派鉆探隊(duì)進(jìn)入51103進(jìn)風(fēng)巷對(duì)工作面頂板涌水進(jìn)行疏放。

首先利用瞬變電磁法對(duì)工作面迎頭及前方頂板進(jìn)行探測(cè)，大致確定富水異常區(qū)域后，決定在工作面迎頭附近J19點(diǎn)前59m處開設(shè)鉆場(chǎng)（2.5m*2.5m*5m）施工4個(gè)鉆孔，對(duì)頂板進(jìn)行探放，因工作面左幫高，右?guī)偷?，為方便將水排出，故將鉆場(chǎng)設(shè)置在較低的右?guī)停瑫r(shí)沿巷道右?guī)偷撞客谝粭l排水溝（0.3m*0.3m*0.3m），將水引入最近的水倉中，利用水倉中安設(shè)兩臺(tái)排水能力為60-80m3/h的45kW排沙泵，使用一臺(tái)，備用一臺(tái)，以確保工作面排水能力能夠滿足應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

根據(jù)鉆探結(jié)果，結(jié)合已有地質(zhì)資料分析巖芯巖性及水質(zhì)，可以確定施工的4個(gè)鉆孔均打入石炭系太原組砂巖含水層中，同時(shí)對(duì)放出的水進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)。結(jié)合工作面探放水情況、水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果、同時(shí)對(duì)比我礦51101工作面頂板砂巖水水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，確定51103進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)工作面390m處頂板涌水水源為石炭系太原組砂巖含水層水。該區(qū)域5#煤層頂板砂巖裂隙含水層富水性較強(qiáng)，在掘進(jìn)過程中主要通過錨索眼涌入巷道，為減少地下水對(duì)礦井的危害，我們采用變被動(dòng)為主動(dòng)的防治水方法，在井巷施工過程中對(duì)不同區(qū)域的巷道，采用不同的防治水措施。通過對(duì)51103進(jìn)風(fēng)巷工作面頂板砂巖含水層的補(bǔ)、徑、排等特征和頂板砂巖含水層水的分布規(guī)律，以及工作面頂板狀況的分析，決定使用打放水孔的方式，對(duì)頂板砂巖水進(jìn)行疏放。

3 防治水措施應(yīng)用

將工作面390m處已施工4個(gè)鉆孔作為第一站放水孔使用，對(duì)頂板砂巖水進(jìn)行疏放，孔內(nèi)涌水量約為17m3/h，此時(shí)工作面迎頭錨索孔內(nèi)淋水量減小，掘進(jìn)隊(duì)組可以安全掘進(jìn)。第二站放水孔施工與工作面“有掘必探”第九站同時(shí)進(jìn)行，施工3個(gè)放水孔。第三站放水孔施工與工作面“有掘必探”第十站同時(shí)進(jìn)行，施工3個(gè)放水孔。第四站放水孔施工與工作面“有掘必探”第十一站同時(shí)進(jìn)行，施工2個(gè)放水孔。工作面在施工“有掘必探”第十二站時(shí)，頂孔中未見出水且工作面迎頭錨索孔中也不再淋水，判斷工作面迎頭已離開頂板富水區(qū)域，決定不再單獨(dú)施工放水孔。

4 結(jié)論

截至2017年12月底，第三、四站放水孔已不再出水，第一站放水孔涌水量約為10m3/h、第二站放水孔涌水量約為3m3/h，51103進(jìn)風(fēng)巷工作面四站放水孔累計(jì)排出石炭系太原組砂巖含水層水水量約為9200m3。此次為梨園河煤礦第一次遇到此類情況，通過此次頂板砂巖含水層水疏放施工，為我礦今后在遇到此類情況時(shí)的防治水施工作業(yè)提供豐富的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)果表明，采取工作面頂板砂巖水超前預(yù)疏放是解決頂板水害的有效途徑。①通過施工超前疏水孔與錨索疏水孔相結(jié)合的方法，從根本上解決了在掘進(jìn)過程中淋頭水的問題；②通過超前探放頂板砂巖含水層水，提高了錨索的固結(jié)強(qiáng)度，保證了頂板支護(hù)質(zhì)量；③通過超前探放頂板砂巖含水層水，為今后的回采工作創(chuàng)造了有利的條件。