王莊井田7105工作面防治水安全技術(shù)措施研究

賀警龍

（潞安環(huán)能股份有限公司王莊煤礦探放水隊(duì)，山西 長治 046031）

王莊煤礦是一座特大型機(jī)械化生產(chǎn)礦井，年產(chǎn)能800萬t，由于近年來持續(xù)穩(wěn)定高產(chǎn)，王莊煤礦主采區(qū)域已經(jīng)向南部后備區(qū)轉(zhuǎn)移，該區(qū)域水文地質(zhì)條件復(fù)雜，水體下壓煤量0.47億t，嚴(yán)重制約了礦井的可持續(xù)發(fā)展。王莊煤礦在近水體下安全采煤防治水的重點(diǎn)在于近水體下采煤的安全可行性驗(yàn)證以及富水區(qū)水害防治工作。本文以井田內(nèi)7105工作面為例，對(duì)王莊煤礦的防治水工作重點(diǎn)進(jìn)行探討，為王莊煤礦的安全高效生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

7105工作面位于王莊井田71采區(qū)南部，工作面布設(shè)寬約260m（含兩巷），推進(jìn)長度約1570m，工作面開采3#煤層，采深310～370m，煤厚約6.5m，傾角1～3°。井田范圍內(nèi)已有水文地質(zhì)報(bào)告表明，工作面涌水量主要來源為3號(hào)煤層頂板砂巖裂隙含水層（K8、K10含水層）、基巖風(fēng)化帶含水層、第四系底部含水層以及采掘過程生產(chǎn)用水等。基巖風(fēng)化帶含水層內(nèi)有一定的承壓水面，與上覆松散層底部沒有穩(wěn)定的隔水層，可能與松散層底部形成含水層互相補(bǔ)排，含水空間以風(fēng)化裂縫和構(gòu)造裂隙為主，裂隙水除少部分沿構(gòu)造破碎帶向深部運(yùn)動(dòng)外，以近水平層間方向?yàn)橹?。各基巖含水層間水力聯(lián)系較弱，地下水運(yùn)動(dòng)一般以層間徑流為主，僅在構(gòu)造部位可能與其他含水層直接發(fā)生水力聯(lián)系。

除此之外，工作面位于絳河與漳澤水庫交匯口正下方，見圖1，交匯口處積水面積較大（見圖1中①～⑥），當(dāng)水庫處于高水位（+902.4m）運(yùn)行時(shí)，積水區(qū)將與絳河以及水庫連成一個(gè)水體，并且深入到工作面正上方區(qū)域，在工作面回采過程中地表水體可能對(duì)第四系含水層以及基巖風(fēng)化帶含水層補(bǔ)給，造成基巖風(fēng)化帶局部富水性可能較強(qiáng)，造成工作面涌水量增大現(xiàn)象，將對(duì)工作面的安全開采造成較大的安全隱患。所以，必須對(duì)7105工作面的安全開采可行性進(jìn)行分析，并且針對(duì)存在的水害隱患制定相應(yīng)的安全技術(shù)措施。

圖1 7105工作面井上下對(duì)照情況

2 工作面頂板水鉆探疏放

根據(jù)+540奧灰水動(dòng)態(tài)觀測(cè)記錄分析，該區(qū)域奧灰水靜水位標(biāo)高632～637m，高于工作面標(biāo)高，屬承壓開采，帶壓0.5～0.8MPa，奧灰水突水系數(shù)在0.01～0.03MPa/m之間，奧陶系含水層頂板與3#煤底板間距平均為135.6m，隔水層較厚。在沒有構(gòu)造溝通的情況下，不會(huì)構(gòu)成底板突水危險(xiǎn)。工作面主要的充水水源是3#煤層直接頂、K8、K10砂巖裂隙含水層。然而在掘進(jìn)過程中，工作面風(fēng)、運(yùn)巷掘進(jìn)過程中錨索導(dǎo)通3#煤直接頂頂板砂巖含水層裂隙水，頂板淋水較大。7105工作面在回采過程中由于頂板大面積垮落，預(yù)計(jì)會(huì)有大量頂板水涌入工作面，為了緩解工作面回采期間的頂板涌水威脅，確保工作面安全回采，必須對(duì)工作面頂板砂巖裂隙含水層（3#煤層直接頂、K8、K10砂巖含水層）進(jìn)行探放，探查頂板砂巖富水區(qū)域的富水異常情況，達(dá)到提前疏放老頂大規(guī)模來水的目的。

7105工作面頂板探放水鉆孔布置，原則上充分利用物探資料，重點(diǎn)是探測(cè)富水異常區(qū)、向、背斜的軸部、斷層破碎帶等構(gòu)造異常區(qū)；根據(jù)探測(cè)結(jié)果來決定是否增加鉆孔；根據(jù)工作面回采時(shí)導(dǎo)水裂隙帶高度，確定鉆孔落底到K10粗砂巖頂板以上2m。按照鉆探原則，工作面探水鉆孔布設(shè)如下，見表1：（1）工作面掘進(jìn)500m后，每隔100m于風(fēng)運(yùn)兩巷施工探放水硐室，500～1000m參照0502號(hào)鉆孔施工疏放水鉆孔，1000～1700m參照0501號(hào)鉆孔施工疏放水鉆孔；（2）鉆場(chǎng)內(nèi)的鉆孔水平布置，間距1.0m，鉆孔開孔層位工作面風(fēng)運(yùn)巷頂板，探查目的層位3#煤直接頂、K8、K10砂巖裂隙含水層，鉆進(jìn)至K10砂巖頂板以上2m終孔；（3）設(shè)計(jì)鉆孔72個(gè)，進(jìn)尺約為3800m，從1#鉆場(chǎng)開始進(jìn)行鉆探施工，根據(jù)鉆孔實(shí)際涌水量決定是否增減鉆孔數(shù)量。

表1 7105工作面疏放頂板水鉆孔技術(shù)參數(shù)表

3 防水安全措施

3.1 工作面涌水量預(yù)計(jì)

本文通過類比法對(duì)王莊煤礦常規(guī)開采工作面、71采區(qū)7102、7103工作面及絳河南側(cè)8101工作面涌水量實(shí)測(cè)值預(yù)計(jì)7105工作面涌水量，見表2。根據(jù)上述7105工作面水力聯(lián)系分析，本區(qū)風(fēng)化帶含水層富水性弱至中等，在采動(dòng)疏降（7102、7103工作面僅疏降上山區(qū)域）和鉆孔探放的雙重作用下能達(dá)到一定程度上的疏放目的，參考7102、8101工作面涌水量實(shí)測(cè)，預(yù)計(jì)工作面正常涌水量為30～50m3/h。考慮到頂板含水層富水性不均以及可能存在富水異常區(qū)等地質(zhì)因素，回采過程中導(dǎo)水裂縫帶可能導(dǎo)通頂板局部裂隙富水區(qū)，造成工作面涌水量增大，所以7105工作面最大涌水量以3倍正常涌水量動(dòng)態(tài)考慮，即最大涌水量為150m3/h。

表2 王莊煤礦已有工作面涌水量統(tǒng)計(jì)表

3.2 工作面排水系統(tǒng)建設(shè)

目前7105工作面所在王莊井田+540水平中央水倉總排水量為1350m3/h，工作效率為82%，泵揚(yáng)程480m，后備區(qū)新提升副立井敷設(shè)兩趟Ф300無縫鋼管排水管，由中央水倉直排地面水處理站，新副井井底主水倉容量2125m3，副水倉容量1575m3，水倉總?cè)萘窟_(dá)3700m3。71采區(qū)各工作面涌水自流匯至順槽局部低洼區(qū)，為了防止大面積積水對(duì)安全生產(chǎn)造成影響，對(duì)可能存在充水量進(jìn)行推斷，低洼區(qū)配備兩臺(tái)排水能力不低于150m3/h的水泵（一用一備），運(yùn)巷切口處配備兩臺(tái)排水能力不低于200m3/h的水泵（一用一備）。采用潛水泵經(jīng)Ф100管路排至71采區(qū)水倉，71采區(qū)水倉容積500m3，71采區(qū)泵房配置了三臺(tái)水泵，分別為一臺(tái)MD155-67×3和兩臺(tái)MD85-45×4多級(jí)耐磨泵，排水能力為325m3/h，工作效率為80%，經(jīng)兩趟Ф100管路排至+540中央水倉，外排至地面。

3.3 安全技術(shù)措施

通過對(duì)7105工作面近水體下安全開采可能產(chǎn)生的水害隱患分析，必須制定針對(duì)性的安全技術(shù)措施：

（1）7105工作面在水體下進(jìn)行開采是安全可行的，但7105工作面地表水體下安全開采重點(diǎn)在于地質(zhì)構(gòu)造的探測(cè)與防治，必須加強(qiáng)超前勘探，采用電法及坑透等物探手段加強(qiáng)對(duì)工作面內(nèi)部隱伏構(gòu)造和富水區(qū)域的勘探，同時(shí)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，工作面遇貫通性導(dǎo)水陷落柱或斷層破壞帶，礦井應(yīng)按有關(guān)規(guī)范要求采取相應(yīng)的防治措施，并留設(shè)足夠尺寸的防水安全隔離煤柱，以保證礦井的正常安全生產(chǎn)。除此之外，應(yīng)當(dāng)做好地面水體的變化監(jiān)測(cè)工作。

（2）7105工作面與北側(cè)上山7103已采工作面相鄰，區(qū)段煤柱寬度僅為10m，老空區(qū)積水對(duì)7105工作面的開采構(gòu)成一定的安全隱患。采前預(yù)先疏放7103工作面老空水，保證本工作面的安全開采。

（3）必須對(duì)工作面頂板砂巖裂隙含水層進(jìn)行探放，并且加強(qiáng)井下工作面涌水量的監(jiān)測(cè)工作，遇到工作面異常出水，要停止生產(chǎn)，對(duì)水量變化動(dòng)態(tài)要加密觀測(cè)，取水樣化驗(yàn)水質(zhì)，分析水源、通道，在對(duì)有關(guān)資料進(jìn)行綜合分析研究的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的治理措施。

4 結(jié)論

水害防治工作是王莊煤礦安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要任務(wù)，對(duì)工作面地質(zhì)水文條件進(jìn)行充分論證，并提出針對(duì)性的防治水安全技術(shù)措施，是保證礦井安全生產(chǎn)的重要舉措，王莊煤礦7105工作面屬于近水體下采煤，受到水害威脅影響更大，防治水工作更為重要。王莊井田7105工作面現(xiàn)在已經(jīng)開始回采，工作面涌水量為32.3m3/h，沒有發(fā)生工作面涌水異常現(xiàn)象，現(xiàn)有工作面排水系統(tǒng)滿足工作面疏排水工作需求，通過物探分析，工作面內(nèi)存在較少的地質(zhì)異常，并留設(shè)了相應(yīng)的安全隔離煤柱，制定了相應(yīng)的水害防治措施。