1032工作面防治水工程優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究

胡偉 胡乃鳳

摘 要：通過(guò)解放思想，打破傳統(tǒng)的防治10煤底板承壓太灰水的方法即對(duì)回采工作面實(shí)施全覆蓋式底板注漿改造。利用疏放太灰水，降低太灰水頭壓力結(jié)合工作面不同埋深范圍內(nèi)太灰突水系數(shù)的不同，對(duì)于太灰突水系數(shù)>0.06MP/m的區(qū)域進(jìn)行局部底板注漿改造，在確保工作面安全回采不受水害威脅的基礎(chǔ)上，大大降低鉆注工程量、縮短施工工期、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、節(jié)約礦井防治水害成本投入。

關(guān)鍵詞：太灰水;突水系數(shù);承壓水;注漿改造;優(yōu)化

1 引言

目前五溝煤礦回采二疊系10煤層，工作面回采期間主要受底板太灰水水害威脅，為保證礦井不受水害威脅，對(duì)于工作面底板灰?guī)r水突水系數(shù)>0.06MPa/m的，回采前需對(duì)煤層底板實(shí)施底板注漿改造工程。常規(guī)防治10煤底板承壓水方法是對(duì)10煤底板至太灰實(shí)施全覆蓋式注漿改造，但此種方法鉆注工作量大，工期長(zhǎng)，資金投入大，本著“安全第一、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)適用”原則，對(duì)工作面底板注漿改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，為礦井“保安全、降成本”提供技術(shù)保障。

2 概述

2.1工作面概況

1032工作面位于三采區(qū)，工作面東為三采區(qū)軌道大巷，西為10煤層開(kāi)采上限-285m，北與1031機(jī)巷相鄰，南與DF16正斷層相鄰，工作面機(jī)巷長(zhǎng)1244m，風(fēng)巷長(zhǎng)1244m，切眼長(zhǎng)130m。工作面平均煤厚4.15m，傾角2°～15°，地質(zhì)儲(chǔ)量988718t，頂板標(biāo)高-605.1m～-461.6m，傾向長(zhǎng)臂綜采。

2.2水患防治設(shè)計(jì)背景

根據(jù)1031、1033機(jī)巷實(shí)揭及三維地震資料，1032工作面掘進(jìn)過(guò)程中將受10條斷層影響，落差在0～15m之間，受此影響，將造成工作面內(nèi)煤層與灰?guī)r含水層的有效隔水層厚度進(jìn)一步減小，導(dǎo)致突水系數(shù)增大，從而增大工作面的突水危險(xiǎn)性。根據(jù)計(jì)算，工作面最大太灰突水系數(shù)為0.07MPa/m。根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》，需對(duì)1032工作面太灰水水害進(jìn)行防治。

3 關(guān)鍵技術(shù)及方案

3.1關(guān)鍵技術(shù)

1.疏放太灰水，降低太灰水水頭壓力。

2.分析出需要進(jìn)行底板注漿改造的平面范圍及層位臨界值。

3.2技術(shù)方案

1.在工作面外且不影響工作面正常回采范圍施工疏放太灰水鉆孔，進(jìn)一步降低太灰水水頭壓力。

2.結(jié)合工作面回采范圍內(nèi)10煤底板標(biāo)高及10煤底板至一灰頂界最小間距，計(jì)算出不同區(qū)段灰?guī)r突水系數(shù)，分析并確定防治各區(qū)段煤層底板灰?guī)r水方法。

3.采用物探對(duì)已實(shí)施底板注漿改造區(qū)段及未實(shí)施底板注漿改造區(qū)段進(jìn)行探查，找出物探低阻異常區(qū)，再采用鉆探驗(yàn)證。

4 具體實(shí)施

1.在工作面外段即不受回采影響范圍施工了5個(gè)疏放太灰水鉆孔，總疏放水量為30m3/h，使水6孔（該水文地質(zhì)單元內(nèi)的太灰水位長(zhǎng)觀孔）由原來(lái)水位-136.6m降至目前的-152m，結(jié)合工作面回采范圍內(nèi)10煤底板標(biāo)高及10煤底板至一灰頂界距離，計(jì)算出面內(nèi)不同地段突水系數(shù)，進(jìn)而分析需要實(shí)施注漿改造灰?guī)r含水層范圍。

2.分塊段計(jì)算太灰突水系數(shù)：

（1）塊段一

10煤底板實(shí)際最低和最高標(biāo)高分別為-442m和-375.8m，10煤底板至一灰頂界距離取28-10孔（45.6m）和28-12孔（47.85m）中最小值45.6m，計(jì)算出該塊段下伏隔水層所承受最大和最小水壓分別為3.38MPa和2.72MPa，太灰最大及最小突水系數(shù)分別為0.074MPa/m和0.059MPa/m。

（2）塊段二

10煤底板實(shí)際最低和最高標(biāo)高分別為-375.8m和-290.3m，10煤底板至一灰頂界距離取塊段一與塊段二的分界線范圍最小值46.0m，計(jì)算出該塊段下伏隔水層所承受最大和最小水壓分別為2.72MPa和1.84MPa，太灰水最大及最小突水系數(shù)分別為0.059MPa/m和0.042MPa/m。

3.底板注漿改造含水層范圍及層位選擇：

（1）范圍選擇

根據(jù)上述計(jì)算工作面兩個(gè)塊段的太灰突水系數(shù)，塊段二無(wú)需對(duì)10煤底板灰?guī)r含水層實(shí)施注漿改造。塊段一需要對(duì)10煤底板灰?guī)r含水層實(shí)施注漿改造治理。

（2）層位選擇

利用疏水降壓后地面水文長(zhǎng)觀孔水6孔目標(biāo)水位-152m及停采線位置10煤最低標(biāo)高值-442m進(jìn)行計(jì)算，若使該段太灰突水系數(shù)不大于0.06MPa/m，則底板有效隔水層厚度不小于59m，本設(shè)計(jì)取值60m。

4.塊段一實(shí)施全覆蓋式底板注漿改造后，采用電法對(duì)注漿改造效果探查，對(duì)探查出的異常施工鉆探驗(yàn)證。

5 治理效果

1.鉆、注工程

1032工作面兩巷掘進(jìn)期間，根據(jù)工作面地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，對(duì)工作面塊段一煤層底板灰?guī)r含水層進(jìn)行探查、注漿改造，終孔層位二灰底（靠近DF12斷層附近的鉆孔及補(bǔ)孔終孔層位均定在三灰底）。鉆注工程在7個(gè)鉆場(chǎng)（機(jī)巷4個(gè)，風(fēng)巷3個(gè)）內(nèi)合計(jì)施工2339m/30孔鉆探工程量，合計(jì)注漿量3076.44m3/30孔。

2. 底板注漿改造效果物探檢測(cè)及異常區(qū)驗(yàn)證

由安徽惠洲地質(zhì)安全研究院股份有限公司采用網(wǎng)絡(luò)并行電法對(duì)1032工作面底板富水性及注漿效果進(jìn)行了探查和檢測(cè)。1032工作面兩巷及工作面底板下0～90m范圍共有4個(gè)相對(duì)低阻異常區(qū)，其電阻率值均在30Ω·m以下，工作面底板物探異常區(qū)均在塊段二內(nèi)即未實(shí)施底板注漿改造的范圍，說(shuō)明塊段一注漿效果顯著。通過(guò)施工物探異常區(qū)驗(yàn)證孔（工程量為448m/6孔，注漿量為140.4m3），鉆孔出水量均不大（最大涌水量為5m3/h），即塊段二范圍內(nèi)10煤底板太灰水富水性弱，裂隙弱發(fā)育，故塊段二范圍回采期間不受底板太灰水威脅。

3. 太灰水突水系數(shù)計(jì)算

在1032工作面防治水工程前期和后期，分別在工作面外段施工了5個(gè)疏放太灰水鉆孔，合計(jì)總涌水量29.6m3/h，將該水文地質(zhì)單元內(nèi)太灰水文長(zhǎng)觀孔水6孔水位降至了-152.3m，比預(yù)期的太灰水水位-150m降低了2.3m。

工作面塊段一10煤最低點(diǎn)底板標(biāo)高-442m、注漿改造最小有效隔水層厚度60m，計(jì)算太灰水最大水壓為3.5MPa;塊段二10煤最低點(diǎn)底板標(biāo)高-375.8m，該段煤層底板至太灰間隔水層厚度為46.0m，計(jì)算太灰水最大水壓為2.7MPa。

根據(jù)突水系數(shù)公式：

Ts=P/M

分別計(jì)算出：1032工作面塊段一太灰水最大突水系數(shù)為0.058Mpa/m，塊段二太灰水最大突水系數(shù)為0.059Mpa/m，符合《煤礦防治水細(xì)則》中安全回采要求。

6 結(jié)論

優(yōu)化后的1032工作面防治底板承壓水（灰?guī)r水）設(shè)計(jì)經(jīng)實(shí)施后證明其安全、科學(xué)、可行，在保證1032工作面安全回采不受太灰水水害威脅前提下（1032工作面已安全收作），同時(shí)大量減少鉆注工程量、縮短施工工期、降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、節(jié)約礦井生產(chǎn)成本。

1032工作面底板注漿改造工程優(yōu)化后，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。為五溝煤礦“低成本，防大水”提供技術(shù)保障，為今后礦井10煤底板承壓水水害防治提供借鑒。

作者簡(jiǎn)介：

胡偉（1984.12—），男，漢族，皖淮南人，本科，工程師，研究方向：地質(zhì)防治水方向。