主要充水含水層下大水工作面的水害綜合治理

張鵬

（開灤（集團）錢家營礦業(yè)分公司，河北 唐山 063301）

錢家營礦共有7 個含水層，且5 煤層頂板砂巖裂隙含水層為礦井主要充水含水層，7 煤層又是礦井主采煤層，5 煤層頂板砂巖裂隙含水層對礦井7煤層頂板水補給充分（礦井涌水量將近80%來自于5 煤層頂板砂巖裂隙含水層水）。目前礦井7 煤層開采主要分布于十采區(qū)，雖然以往十采區(qū)7 煤層各個工作面也提前實施物探、鉆探等工程，但在實際回采過程中，只施工物探及鉆探的防治水工程對保證工作面正常安全生產的效果不理想，2076 東工作面回采前在工作面實施了音頻電透視及無線電坑透物探，并對物探結果進行了充分驗證，且在運道外部施工了1 條泄水巷，保證了工作面不會發(fā)生水害事故，但未充分考慮細節(jié)問題，如2076 東在回采初期突然出水時，由于里部有一小洼坑，且泵排水工作不理想，造成了運道里部一段距離出現拉水煤現象，影響工作面安全高效生產，因此，對礦井7 煤層大水工作面的水害綜合防治研究更顯得尤為重要。

1 工程概況

工作面位于井田東翼十采區(qū)西翼，工作面下方為-780 東、西翼軌道大巷，-780 東、西回風巷。其中-780 東回風巷東側有十采下部運斜石門、十采區(qū)專用回風巷。同煤層傾斜上方2076 西工作面已回采完畢，傾斜下方暫無工作面。其它煤層暫無工程。工作面標高-731.5—-696.3 m，工作面平均走向長1 191.1 m，傾斜長199 m，煤層厚度1.2～5.6 m，平均煤厚3.3 m，煤層厚度變化較大，工作面內部受構造影響局部煤厚小于0.7 m；煤層傾角1°～10°，平均5°，煤層上部含1 層厚0～1.0 m粉砂巖夾矸，平均0.5 m，煤層走向在N60°～N95°，工作面大部分區(qū)域煤層走向平緩。

2 工作面地質及水文地質概況

工作面地質條件較復雜，工作面掘進時共揭露斷層22 條，落差0.5～ 4.5 m。其中對回采影響較大的有7 條，影響較小的有2 條，切眼及停采線以外的有13 條。受2077 西-f1、f2、f3 斷層的影響，工作面內部存在M＜1.3 薄煤區(qū)和M＜2.0 煤層變薄區(qū)域，造成掘進時風、運道破板厚度增加，局部甚至全巖，沿掘進方向影響約36 m，沿斷層走向向工作面內延展約196 m。2077 西切眼西部位于南陽莊背斜軸部區(qū)域，地質構造發(fā)育密集，煤層厚度及起伏變化較大，其中，f7H=3.0∠62°、f9H=3.0∠24°、f11H=4.5∠65°、f14H=1.8∠61°、f15H=2.0∠56°、f18H=1.8∠31°等斷層落差較大，造成掘進時破板厚度增加，局部甚至全巖，斷層附近頂板破碎，易冒落。據7 煤層地質構造特點分析，在回采過程中還可能揭露一定數量的隱伏地質構造。

7 煤層頂板為砂巖裂隙弱含水層，上覆5 煤層頂板含水層富水性中等，局部較強，對該區(qū)域7 煤層頂板補給充分，特別是在斷層及裂隙發(fā)育時，5煤層頂板含水層水滲透性極強，7 煤層工作面放頂后及遇斷層裂隙發(fā)育區(qū)段時有可能出現較大涌水，因此根據2077 西工作面周邊區(qū)域水文地質資料分析預計，回采期間正常涌水量為1.36 m3/min，最大涌水量為2.04 m3/min。

3 超前探查

3.1 區(qū)域超前探查

工作面回采前通過在2077 泄水石門采取超前探查孔的方式，使該區(qū)域水壓降至1.4 MPa，為工作面回采創(chuàng)造了良好的水文地質條件，鉆孔平面圖如圖1 所示。

圖1 區(qū)域超前探查鉆孔平面圖Fig.1 Area advanced detection drilling hole plane

3.2 工作面物探技術

采用礦井音頻電透視技術在2077 西工作面的上風道、下運道施工，探測工作面頂板以上0～40 m 層段、41～80 m 層段含水層中含水性相對低阻區(qū)的分布范圍、走向及其含水性的相對強弱等特征，探測控制2077 西工作面長度1 200 m。從電法角度對工作面水文地質條件予以初步評價，為工作面回采的設計與實施提供參考資料（圖2）。

圖2 2077 西工作面探測示意Fig.2 No.2077 west Face detection

0～40 m 高度層段：2077 西工作面頂板上0～40 m 高度層段內巖層的視電導率閾值在15～160間變化，平均值為37、標準偏差為14。其中有3個視電導率閾值≥30 的異常條帶，從切眼至停采線依次編號為1、2 和5 號相對低阻區(qū)（表1）。

表1 頂板以上0～40 m 高度層段相對低阻區(qū)分布情況統(tǒng)計Table 1 Statistics on the distribution of relatively lowresistance areas in the 0～40 m height section above the roof

煤層以上0～40 m 高度層段巖層視電導率值橫向分布特征如下。

（1）1 號相對低阻區(qū)位置在靠近上風道和切眼附近，強度弱、范圍較小，推測為掘進機干擾所致。

（2）2 號相對低阻區(qū)位置在切眼向外150～500 m 區(qū)域，強度強、范圍廣，推測為巖層裂隙發(fā)育富水所致。

（3）5 號相對低阻區(qū)位置在停采線區(qū)域，強度較強、范圍小，推測為巖層裂隙發(fā)育或干擾所致。

41～80 m 高度層段：2077 工作面頂板上41～80 m 高度層段內巖層的視電導率閾值在15～100 變化，平均值為41、標準偏差為21。其中有5 個視電導率閾值≥30 的異常條帶從切眼至停采線依次編號為1、2、3、4 和5 號相對低阻區(qū)域（表2）。

表2 頂板以上41～80 m 高度層段內相對低阻區(qū)分布情況統(tǒng)計Table 2 Statistics on the distribution of relatively lowresistance areas in the 40～80 m height section above the roof

煤層以上41～80 m 高度層段巖層視電導率值橫向分布特征如下。

（1）1 號相對低阻區(qū)位置在靠近上風道和切眼附近，強度弱、范圍較小，推測為掘進機干擾所致。

（2）2 號相對低阻區(qū)位置在切眼向外150～370 m 區(qū)域，強度強、范圍廣，推測為巖層裂隙發(fā)育富水所致。

（3）3 號相對低阻區(qū)位置在切眼向外450～500 m 區(qū)域，強度強，范圍廣，推測為巖層裂隙發(fā)育富水所致。

（4）4 號相對低阻區(qū)位置在切眼向外900～950 m 區(qū)域，強度弱，范圍小，推測為巖層裂隙發(fā)育或底板積水干擾所致。

（5）5 號相對低阻區(qū)位置在停采線區(qū)域，強度較強、范圍小，推測為巖層裂隙發(fā)育或干擾所致。

煤層上巖層視電導率值縱、橫向分布特征。

1、2 和5 號相對低阻區(qū)位置在0～80 m 高度層段縱、橫向位置基本吻合。其中2 號相對低阻區(qū)在41～80 m 高度層段呈現減弱趨勢，橫向不連續(xù)，分離為2 和3 號。4 號相對低阻區(qū)在0～40 m高度層段沒有呈現，推測縱向不連續(xù)。

音頻電透視探測成果顯示如圖3 所示。

圖3 2077 西工作面頂板巖層含水性音頻電透視探測立體成果圖Fig.3 The three-dimensional result map of water-bearing audio-frequency electric perspective detection of roof strata in No.2077 west Face

（1）1、4 和5 號相對低阻區(qū)富水可靠性不強。

（2）2 和3 號相對低阻區(qū)域強度強、范圍大，且縱、橫向連續(xù)性較好。

3.3 工作面超前探查

7 煤層頂板含水層為弱含水層，上覆5 煤層頂板含水層富水性中等，局部較強，對7 煤層頂板水補給充分，因此5 煤層頂板含水層水對該工作面回采有影響。根據以往水文地質資料分析，該工作面相對低阻區(qū)已在上鄰2076 西運道實施了超前探查孔，為了進一步降低工作面水壓及涌水量，同時驗證該區(qū)域及工作面超前探查孔效果，在2077 西運道向煤層深部施工超前探查孔，鉆孔平面圖如圖4所示。

圖4 2077 西運道超前探查鉆孔平面圖Fig.4 The advanced detection drilling plane of No.2077 west transport roadway

工作面運道共施工6 個超前探查鉆孔，總工程量834.5 m，累計放出水量2 325.66 m3，根據2 號鉆孔實測水壓，工作面水壓由1.4 MPa 降至0.4 MPa。

4 施工安全有效的防排水工程

2077 西運道走向長約1 232 m，通過對2077西運道現場調查發(fā)現，運道受煤層走向影響，無法達到自然順排水條件（圖5），如果工作面涌水突然增大，僅通過泵排水的方法無法保證工作面的安全高效生產，且也將會給排水工作帶來極大不便。

圖5 2077 西運道剖面圖Fig.5 The profile of No.2077 west transport roadway

綜合治理情況：在2077 西運道尾巷施工1 條泄水巷至2077 西泄水石門；在運道外部施工1 條泄水巷至十采五中。2077 西整體排水設計方案共3部分：運道556 m 至切眼范圍內，水由運道經里部泄水巷、2077 泄水石門最終流向-850 東大巷；運道556 m 至運道397 m 范圍內，水由運道經外部泄水巷、十采五中最終流向-780 大巷；運道397 m至設計停采線范圍內，水由運道經外部泄水巷、十采五中最終流向-780 東大巷。同時在里部、外部泄水巷施工簡易擋水墻，里部泄水巷共4 道，外部泄水巷共4 道，且在外部泄水巷開口處施工1 處沉淀池，沉淀池引出2 趟8 存排水管至十采五中。運道局部須下臥，工程量525 m，并在切眼至設計停采線之間行人側施工1 條水溝。排水系統(tǒng)路線圖如圖6 所示。

圖6 2077 西排水系統(tǒng)路線圖Fig.6 The roadmap of No.2077 west drainage system

2077 西在回采過程中采面未出現滴淋水現象，初期放頂后老塘水水量0.5 m3/min，回采結束時老塘水水量0.2 m3/min，回采過程中工作面涌水未對生產造成影響，均按制定防排水路線排出，綜合治理方案取得了顯著效果，確保了2077 西工作面安全高效生產，同時也為今后開采主要充水含水層下大水工作面的綜合防治積累了寶貴經驗。

5 結論

（1）在高壓富水含水層中施工首要任務是“治水”，通過超前探查孔的施工，將含水層中裂隙水引至鉆孔中，避免巷道施工中集中涌水的出現，保證施工安全及進度。

（2）設立井下專用測壓孔可以動態(tài)監(jiān)測含水層水位，通過與井上含水層觀測孔的結合使用能更準確了解區(qū)域含水層水位，為生產提供水文參數。

（3）在高壓富水且具有軟巖的巷道施工中，需堅持探查-疏水-掘進施工-探查-疏水-掘進施工循環(huán)探查方法，堅持先治理后施工、不治理不施工的工作方針，避免出現水害事故。