工作面安全開(kāi)采綜合防治水分析

肖 飛

（陽(yáng)煤興峪煤業(yè)公司，山西 陽(yáng)泉 045000 ）

工作面水害問(wèn)題是井下回采安全的主要威脅，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)其有效治理，長(zhǎng)期以來(lái)一直是礦井生產(chǎn)安全管理的重點(diǎn)所在，因此積極結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)手段，開(kāi)展工作面綜合防治水技術(shù)的探究，將有效的綜合防治水手段合理運(yùn)用到礦井回采作業(yè)中，最大程度提升回采作業(yè)安全性，對(duì)礦井的長(zhǎng)久發(fā)展意義重大。

1 工程概述

1.1 回采工作面概述

興峪礦為產(chǎn)能90萬(wàn)t/a的現(xiàn)代化礦井，屬于中等水文地質(zhì)類(lèi)型，1303工作面為首采工作面，位于井田西北部，采用走向長(zhǎng)壁式回采工藝，工作面走向長(zhǎng)960 m，傾向長(zhǎng)160 m，巷道兩巷起伏明顯，底板高程差最大20 m，整體呈現(xiàn)西高東低的態(tài)勢(shì)，工作面主采煤層為3#煤，煤厚均值5.2 m。

1.2 水文地質(zhì)概述

結(jié)合興峪礦以往回采作業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其回采作業(yè)后產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶最大高度可達(dá)120m左右，而1303回采面同上部2#煤層間隔僅70m，同上覆灰?guī)r裂隙水含水層僅100m，因此1303工作面回采中的主要充水水源為上覆灰?guī)r層裂隙水、上部2#煤層采空積水和本煤層采空積水，作業(yè)時(shí)回采面排水量可達(dá)40～200m3/h，對(duì)回采作業(yè)的安全有著嚴(yán)重威脅。此外，井田范圍內(nèi)的奧灰水含水層標(biāo)高介于+541m～ +689m之間，3#煤層底板標(biāo)高最小為+840 m，高出奧灰水含水層150m，因此奧灰水對(duì)煤層回采作業(yè)無(wú)影響。

2 工作面綜合防治水措施分析

2.1 方案設(shè)計(jì)

結(jié)合1303工作面實(shí)際開(kāi)采情況，基于“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則，確保防治水作業(yè)的有效性。首先在確定工作圈后使用坑道透視技術(shù)、瞬變電磁探測(cè)技術(shù)等對(duì)回采面開(kāi)展探測(cè)作業(yè)；隨后結(jié)合探測(cè)結(jié)果采用探放水工藝對(duì)工作面上部頂板裂隙水和2#煤層采空積水及本煤層采空積水進(jìn)行探放，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化回采面排水系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)水害事故隱患的最大消除。

2.2 綜合物探分析

（1）井下瞬變電磁探測(cè)

借助井下瞬變電磁探測(cè)技術(shù)探明興峪礦1303工作面本煤層周邊老空積水情況，所得結(jié)果如圖1所示，由圖片分析可知1303工作面回采煤層中存在4處低阻異常區(qū)域，表明這些區(qū)域?qū)儆诟凰畢^(qū)域。

圖1 1301工作面井下瞬變電磁探測(cè)異常區(qū)域分布示意圖

（2）地面瞬變電測(cè)探測(cè)

鑒于1303工作面上部2#煤層老空積水和本煤層積水為回采作業(yè)中的主要充水水源，為有效探明1303工作面覆巖采空區(qū)分布范圍和視電阻率特征，針對(duì)1303工作面進(jìn)行瞬變電磁探測(cè)的同時(shí)，對(duì)其同步進(jìn)行地面瞬變電測(cè)探測(cè)。探測(cè)結(jié)果如圖2和圖3所示，其中圖2為頂板2#煤層采空區(qū)物探成果示意圖，由圖片分析可知2#煤層采空區(qū)中存在4處視電阻率異常區(qū)域，推測(cè)為富水區(qū)域，需超前排放；圖3為頂板覆巖層綜合物探成果示意圖，由圖片分析可知1303工作面上部覆巖層中同樣存在4處視電阻率異常區(qū)域，推測(cè)為覆巖裂隙水聚集區(qū)。

圖2 頂板2#煤層采空區(qū)物探成果示意圖

圖3 頂板覆巖層綜合物探成果示意圖

（3）坑道透視分析

井下環(huán)境中，電磁波穿過(guò)煤層時(shí)若遭遇斷層或陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，其波能量往往會(huì)被完全吸收或屏蔽，這種情況下接收巷道就會(huì)無(wú)法接收或只能接收很微弱的透射信號(hào)，導(dǎo)致透射異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)。基于這一原理，在1303工作面使用坑道透視技術(shù)對(duì)回采面煤層中的隱伏構(gòu)造進(jìn)行探查。針對(duì)1303工作面的坑道透視探測(cè)結(jié)果，其回采范圍內(nèi)存在異常區(qū)域3處，推測(cè)為斷層或陷落柱。

3 探放水工程分析

3.1 頂板裂隙水及采空積水探放

在1303工作面兩側(cè)巷道中布設(shè)探放排水孔對(duì)頂板裂隙水及采空積水進(jìn)行超前排放，兩側(cè)巷道自開(kāi)切眼位置起每間隔50 m布設(shè)鉆孔1個(gè)進(jìn)行物探作業(yè)，鉆孔傾角70°，深80 m，并根據(jù)物探結(jié)果進(jìn)行排放孔的密集鉆設(shè)，同時(shí)結(jié)合排放水實(shí)際，在巷道低洼處適度增加鉆孔數(shù)量。整個(gè)1303工作面回采過(guò)程中施工頂板排放水鉆孔45個(gè)，排水量均值達(dá)到18 m3/h，累計(jì)排放頂板積水25.5萬(wàn)m3。圖4為頂板探放水鉆孔布設(shè)示意圖。

圖4 頂板探放水鉆孔布設(shè)示意圖

3.2 本煤層老空積水探放

結(jié)合前期井下瞬變電磁探測(cè)結(jié)果，針對(duì)本煤層周邊采空區(qū)積水進(jìn)行超前抽排。自回采面沿順槽方向每間隔50 m布設(shè)探測(cè)鉆孔一個(gè)，針對(duì)其中的異常區(qū)域布設(shè)密集排放鉆孔，鉆孔直徑50 mm，深90 m，整個(gè)工作面先后共布設(shè)排放鉆孔30個(gè)，圖5為鉆孔布設(shè)示意圖。

圖5 本煤層探放鉆孔布設(shè)示意圖

3.3 工作面排放水系統(tǒng)布設(shè)

結(jié)合井下實(shí)際勘測(cè)，1303回采面巷道涌水量最大為200m3/h，同時(shí)考慮工作面高程為回風(fēng)巷低于進(jìn)風(fēng)巷，因此將回風(fēng)巷低洼處作為排水重點(diǎn)區(qū)域。在該區(qū)域布設(shè)水窩三個(gè)，其中1#水窩容積8m3，距開(kāi)切眼80m，配套22kW水泵兩臺(tái)；2#水窩容積8m3，距開(kāi)切眼250m，配套22kW水泵和37kW水泵各一臺(tái)；3#水窩容積34m3，距開(kāi)切眼460 m，配套37kW水泵兩臺(tái)。同時(shí)巷道內(nèi)使用直徑分別為4寸和6寸的管道布設(shè)排水管路各一條，分別聯(lián)通井下主水倉(cāng)和采區(qū)水倉(cāng)，兩條排水管路最大排水量可達(dá)450m3/h，為井下涌水量最大值的2倍，可滿(mǎn)足安全生產(chǎn)相關(guān)要求。

4 總結(jié)

本次研究使用綜合物探技術(shù)對(duì)井下富水區(qū)域予以精準(zhǔn)勘測(cè)和定位，并以此為基礎(chǔ)制定配套的綜合防治水措施，從而最大程度降低了井下水害對(duì)生產(chǎn)安全的威脅，在提升作業(yè)安全性的同時(shí)保障了井下生產(chǎn)的持續(xù)、高效開(kāi)展，對(duì)礦井綜合效益的增加意義重大。