彬長(zhǎng)礦區(qū)極其復(fù)雜地質(zhì)條件綜放工作面防治水研究與實(shí)踐

文/高虎

孟村煤礦位于彬長(zhǎng)礦區(qū)黃隴侏羅紀(jì)煤田核心部位，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力600萬(wàn)t，主要開(kāi)采侏羅系中統(tǒng)延安組4號(hào)煤層，煤層平均厚度為16m。礦井采用綜放機(jī)械化采煤方法，煤層上覆的白堊系洛河組巨厚層狀砂巖含水層對(duì)礦井安全開(kāi)采形成了嚴(yán)重威脅。

為做好頂板水防治以實(shí)現(xiàn)安全回采，孟村煤礦技術(shù)人員針對(duì)礦井巨厚洛河組富含水層特厚起伏煤層綜放工作面俯采期間斷層區(qū)域防治水工作特點(diǎn)，創(chuàng)造性制定了厚煤層綜放工作面“走向‘波浪式’+傾向‘倒V式’+架后留疏水通道”控水工藝。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，綜放工作面回采期間防治水效果顯著，證明該類型水文條件下采煤工作面水害是可防可控的，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

一、工作面概述

孟村煤礦401101工作面主要充水來(lái)源為白堊系下統(tǒng)洛河組砂巖空隙-裂隙含水層，厚度340～380m，距離煤層頂板厚度140～180m，單位涌水量為0.0228～0.2806L/s.m。

工作面防治水難點(diǎn)：一是回采期間受頂板巨厚洛河水嚴(yán)重威脅；二是1500m起工作面揭露斷層，存在斷層導(dǎo)水風(fēng)險(xiǎn)；三是工作面向斜構(gòu)造，工作面起伏較大，俯采期間工作面中部距切眼1310～1730m推采范圍內(nèi)回順高于運(yùn)順，存在大量涌水匯集到工作面運(yùn)順，然后通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)入運(yùn)輸系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和安全作業(yè)造成嚴(yán)重影響。

二、工作面導(dǎo)水裂隙帶高度模擬及涌水量預(yù)測(cè)

1.導(dǎo)水裂隙帶高度

參照相同礦區(qū)相同煤層相似條件的胡家河煤礦綜放工作面進(jìn)行工程類比，鄰近胡家河礦采面實(shí)測(cè)采裂比在18.79左右，結(jié)合401101工作面回采煤層厚度10～12m，預(yù)計(jì)401101工作面因采動(dòng)形成的裂隙將達(dá)到187.9～225.5m。

2.DF29斷層區(qū)域超前探放水

為進(jìn)一步探明DF29斷層富水性狀況，于2018年11月25日至12月20日在401101工作面措施巷施工富水性探查孔6個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺930m，單孔涌水量為0.6～3.4m/h，基本查明該斷層的發(fā)育特征及富水性特征；初步分析DF29斷層發(fā)育明顯，預(yù)計(jì)落差大于10m，且富水性較差。

3. 工作面涌水量預(yù)測(cè)

工作面的充水水源主要為延安組、直羅組、宜君組直接充水層和洛河組間接充水層，工作面回采期間的正常涌水量為650m3/h，最大涌水量為760m3/h。

三、回采期間防治水工藝及管理措施

1.走向“波浪式”層位擋水

“波浪式”開(kāi)采的具體做法是，通過(guò)走向“抬刀—放平—落刀”對(duì)工作面“波浪”回采，人為地在工作面老空區(qū)形成一道圍堰，在生產(chǎn)過(guò)程中減少老空區(qū)積水從架后流入工作面，使老空區(qū)的積水在老空區(qū)沉淀后由進(jìn)風(fēng)巷水溝流出，流出的清水直接用水泵排入水倉(cāng)。

2.傾向倒“V”式層位分流

回采過(guò)程中沿傾向?qū)⒐ぷ髅娌贾贸傻埂癡”型層位，將最高點(diǎn)處底板稱作“擋水梁”，作為工作面出水的“分水嶺”，擋水梁以上區(qū)域出水由工作面自流至回順排至1#水倉(cāng)，擋水梁以下區(qū)域出水由工作面自流至運(yùn)順排至2#水倉(cāng)。

根據(jù)工作面兩巷高差、出水量調(diào)整擋水梁位置，在25～86#架范圍逐步調(diào)整，隨高差增大，擋水梁向機(jī)尾移動(dòng)，高差減小，擋水梁向機(jī)頭移動(dòng)；分流原則為“水走機(jī)尾為主，水走機(jī)頭為輔”的原則，最大限度往機(jī)尾分流，減少機(jī)頭過(guò)水量，減輕機(jī)頭控水壓力，減少水上系統(tǒng)，提高煤質(zhì)。

3.機(jī)頭架后留設(shè)通道疏放

對(duì)于分流到機(jī)頭方向的水量排放方式就是“繞道”至架后通道、轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾，疏放至運(yùn)順?biāo)疁吓懦鲋了畟}(cāng)。在下隅角采用的辦法就是在1#、2#、3#架架后引小木垛，轉(zhuǎn)載機(jī)尾一個(gè)圓班一個(gè)2.4×2.4m的木垛把水引到工作面下隅角，避免水上系統(tǒng)，下隅角的封堵留設(shè)必要的過(guò)水通道。

4.3#聯(lián)巷（措施巷疏水通道）維護(hù)

為了充分利用措施（泄水）巷道排水作用，必須維護(hù)好回風(fēng)巷與措施巷3號(hào)聯(lián)巷，保證其在進(jìn)入老空后仍然完好，作為良好的疏水通道。因此在工作通過(guò)3號(hào)聯(lián)巷前，對(duì)3#聯(lián)巷及回風(fēng)巷連接處采用架設(shè)木垛進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。3#聯(lián)巷維護(hù)加固示意圖如圖1所示。

四、 防治水實(shí)踐效果

1. 分流控水情況

若不采取有效措施，大量老空涌水匯集采面以及運(yùn)輸系統(tǒng)，將嚴(yán)重制約正常生產(chǎn)，甚至停產(chǎn)，同時(shí)嚴(yán)重影響煤質(zhì)。經(jīng)采用“走向‘波浪式’+傾向‘倒V式’+架后留疏水通道”控水工藝，成功將老空94%涌水分流至措施巷和回風(fēng)巷，僅剩余6%的涌水從運(yùn)順排出，遠(yuǎn)超預(yù)期水害防治效果。目前工作面機(jī)尾比機(jī)頭高15m，最大涌水量達(dá)780m3，成功向機(jī)尾方向分流730m3/h，機(jī)頭僅分流50m3/h左右，分流效果非常顯著。

2.回采產(chǎn)量及煤質(zhì)情況

本工作面俯采且運(yùn)順低于回順期間，6～8月份產(chǎn)量均順利完成計(jì)劃生產(chǎn)任務(wù)。6～8月份煤炭發(fā)熱量均在5500大卡以上，原煤全水分均在可控指標(biāo)范圍內(nèi)，工作面涌水對(duì)煤質(zhì)的影響非常有限。

3.防治水效果總結(jié)

圖1 3#聯(lián)巷維護(hù)加固示意圖

401101工作面現(xiàn)已回采1440m，期間涌水量最大為780m3/h,正常涌水量為600m3/h，水倉(cāng)、水溝、水泵規(guī)格型號(hào)均可滿足工作面排水；工作面涌水控制有效，未出現(xiàn)系統(tǒng)（溜子、皮帶）拉水現(xiàn)象。煤炭發(fā)熱量在5500大卡以上，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。

五、結(jié)論

根據(jù)本研究與實(shí)踐，可以得出以下結(jié)論。

1.巨厚洛河組富含水層特厚起伏煤層綜放工作面水害是可防可治的，若組織管理到位，不會(huì)影響正常生產(chǎn)任務(wù)的完成。

2.孟村礦井巨厚洛河組富含水層特厚起伏煤層綜放工作面采用“走向‘波浪式’+傾向‘倒V式’+架后留疏水通道”控水工藝效果顯著，有效地解決了彬長(zhǎng)礦區(qū)上覆的白堊系洛河組巨厚層狀砂巖含水層水害防治問(wèn)題。

3.孟村礦井特厚起伏煤層綜放工作面采用“走向‘波浪式’+傾向‘倒V式’”層位調(diào)整工藝控制疏水通道，控水效果明顯，但層位的調(diào)整會(huì)人為地增加工作面的底煤厚度，考慮到工作面布局為分層開(kāi)采，增加的底煤厚度對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)量相應(yīng)劃歸到下分層的地質(zhì)儲(chǔ)量，上分層層位調(diào)整不會(huì)影響工作面整體的回收率。

4.創(chuàng)新了極其復(fù)雜水文條件下起伏煤層俯采綜放工作面防治水工藝，為相似地質(zhì)類型采煤工作面防治水工作積累了經(jīng)驗(yàn)，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。