下組煤承壓水上開采綜合技術研究

孫鑫

（冀中能源股份有限公司葛泉礦 河北 邢臺 054102）

下組煤承壓水上開采綜合技術研究

孫鑫

（冀中能源股份有限公司葛泉礦 河北 邢臺 054102）

葛泉礦通過對9＃煤層底板本溪灰巖含水層進行注漿加固改造，解放受奧陶系灰巖含水層威脅的下組煤煤炭資源，取得較好的經濟效益和社會效益。同時積累了一系列下組煤開采防治水經驗、防滅火方法以及厚煤層的開采技術。

水文地質；注漿加固改造；托頂煤；回收率

葛泉礦東井位于葛泉井田南翼，在葛泉礦工業廣場東部，2004年3月開工建設，2007年2月8日建成投產，是新開拓的下組9#煤試采區。礦井開拓方式采用一對中央并列式豎井、單一水平、上山開采。采煤方法為單一長壁式，主要采煤工藝為綜采放頂煤。

東井主采煤層9#煤位于石炭系太原組，目前開采水平為-150m標高以上區段，突水系數介于0.025－0.055MPa/m。開采9#煤直接充水水源為頂板大青灰巖含水層和底板下伏本溪灰巖含水層，9＃煤底板下38－55m（平均約40m）為奧陶系灰巖含水層頂面，為下組煤開采的間接充水水源。

1 葛泉礦東井防治水技術

1.1 防治水技術概況

地面建有先進的、一流的注漿站，注漿站安裝有NBB-260/7注漿泵6臺，可達到四臺注漿泵同時工作的規模，注漿能力可達60m3/h，滿足了回采工作面底板加固及掘進巷道的超前注漿和異常區注漿加固處理等。礦井配備不同型號的井下鉆機24臺，能夠滿足生產。

1.2 針對不同目標含水層的防治水技術

1.2.1 頂板大青灰巖含水層

對9#煤頂板大青灰巖含水層，采取以“疏降為主、邊疏放邊觀察”的措施，掘進工作面每隔50－100m選擇布置大青灰巖探放水孔一個，以查明水量、水壓、水質等情況，根據水質化驗跟蹤分析，及時掌握大青水水質變化特征，防止大青灰巖通過斷層或陷落柱構造與下部強含水層有連通造成水害事故。

1.2.2 底板本溪灰巖含水層

對9#煤底板本溪灰巖含水層采取“見水即堵、整體注漿改造”的原則。即巷道底板發現本溪出水時，立即進行打鉆注漿封堵。鉆孔一般設計為3-4個，終孔層位為本溪灰巖底板以下2m，并進行注漿加固，所有工作面都必須對本溪灰巖進行注漿改造，把本溪灰巖改造為弱含水層或相對隔水層。以提高9#煤底板隔水層的阻水能力。底板改造注漿結束后打檢查孔驗證注漿效果，檢查孔水量大于10m3/h，重新施工鉆孔注漿，直至達到小于10m3/h的檢查標準。

1.2.3 奧陶紀灰巖含水層

對奧灰強巖溶含水層采取以“預防為主、探堵結合”的措施。采用三維地震數據進一步解釋系統對本區三維地震資料進行再解釋，并根據解釋出的奧灰富水區有針對性的做好防止奧灰突水技術工作。采取注漿封堵其垂向導水通道，提高隔水層強度。

1.3 針對不同導水構造的防治水措施

1.3.1 斷層

首先，通過鉆探手段探查斷層的含導水性，無論導水與否分別在斷層上下盤本溪灰巖部位進行注漿加固，沿斷層方向鉆孔平面布置間距不大于40m，鉆孔終孔位置距斷層面20m穿過本溪灰巖2m。注漿工程結束后并參照底板加固的原則施工檢查孔，確保斷層加固完好。

1.3.2 陷落柱

對三維地震提供的陷落柱或地質異常體，首先利用地面鉆孔探查其是否存在及其含導水性，如果證實存在，則以地震資料提供的范圍外推60m作為井下探查警戒線，并在井下通過鉆探控制其實際范圍，同時進行注漿加固。鉆孔終孔位置依然控制在相對的本溪灰巖下2m，注漿鉆孔平面布置控制到陷落柱邊界外20m處，柱體內以20m擴散半徑均勻布置鉆孔，注漿加固后并打檢查孔進行注漿效果檢查，確保陷落柱加固完好，不會出現滯后突水。對井上下條件不具備無法進行注漿加固的陷落柱，必須嚴格按有關規程要求留設防水煤柱，防水煤柱尺寸不得小于20m。

1.4 地面防治水

葛泉礦東井歷年來最高洪水位標高（1963年）為+101.69m，主副井地面標高分別為：+102.8m，+102.90m。廠區內建有完善的地面疏水、防水和排水系統，使用中的地面觀測孔、輸漿管孔已經進行了地面焊接壓蓋措施，能夠確保大到暴雨時地面水不會潰入井下。

1.5 完善礦井分區隔離工程、礦井防治水排水設施、井上下水文觀測系統、突水報警系統及井下人員定位系統

1.5.1 施工防水閘門，確保分區隔離

1）在軌道石門、運輸石門分別設置了規格為25LM-2.0× 2.32防水閘門。為保證在礦井突水時軌道石門水閘門能順利迅速關閉，在軌道石門水閘門外側30m處施工一條泄水巷，在泄水巷內施工水閘墻。

2）另在東翼軌道、運輸大巷施工兩道水閘門以保證施行分區隔離。

3）在工作面上下巷預筑水閘墻墻套，一旦出水后，能快速對工作面進行封閉，縮小出水后影響范圍，降低礦井的損失。

1.5.2 完善礦井排水系統

礦井中央泵房現有MD280-43×7污水泵7臺（單臺額定排水能力280m3/h），其中三臺工作、三臺備用、一臺檢修。另安裝有6730×10型潛水泵2臺，單臺設計排水能力800m3/h。礦井總排水能力可達3000m3/h以上。

井下主水倉長度330m，容量3465m3，副水倉長度為156m，容量1639m3，補水倉長度283m，水倉容量為3290m3，礦井水倉總容量8394m3。

軌道石門、運輸石門等主要大巷水溝規格為600× 600mm，井下生產地區出水后排至軌道石門水溝，并匯集到井底總水倉，通過井底中央泵房及地面排水管路排至沙河河道。

1.5.3 完善礦井地下水動態監測系統

建立完善的地下水動態觀測系統，通過井上下自動觀測系統，能夠做到對主要含水層（本溪灰巖、奧陶系灰巖）24小時不間斷水位（壓）觀測。

2 葛泉礦東井開采技術

2.1 開拓布置

試采區9煤層埋藏標高±0～-277m，采用一對立井中央并列式上下山開采全區9#煤，開采下組煤時采用帶壓開采方式，經計算突水系數為0.06MPa/m時，開采下限為-150m，故生產水平標高亦為-150m。考慮到井下出水時人員撤離因素，回風水平標高-142m。井底車場及硐室位于3#煤層頂板砂巖中，軌道、皮帶石門為穿層巖巷，掘至9#煤層后施工-150m西翼軌道大巷。軌道大巷沿9#煤層布置，皮帶大巷亦沿9#煤層布置，標高為-142m。軌道及皮帶石門采用錨噴支護，采用上裝載，皮帶運輸。沿9#煤層軌道、皮帶大巷采用錨梁網支護。東井分東西兩翼布置，西翼為盡快投產，采用傾斜走向長壁布置工作面，東翼為減少搬家次料，東二采區取消合并入東一采區，采用偽走向長壁布置工作面。

為減少巷道工程，不設專門泄水巷，一條平巷兼做進風、運料、排水，大巷設雙水溝，主水溝為600×600mm，輔助水溝為500×600mm，并且設置三級沉淀系統，工作面巷道鉆窩內沒置一級沉淀池，運輸上山或運輸大巷沒置二級沉淀池，-150泄水巷設置三級沉淀池，通過這種沉淀系統，大大延長了井底水倉的清理周期，經常性保持水倉的有效容積在合理的范圍內。

2.2 工作面布置及開采工藝優化

2.2.1 工作面布置

為保證下組煤采掘安全,防止奧灰突水淹沒工作面,工作面兩巷設計為平巷或上山,盡可能不出現超過半個巷高的洼兜,工作面呈俯斜開采,以便水自流。工作面兩巷布置于9#煤，巷道沿底托頂煤施工。兩巷設計為直線，以便皮帶機安裝使用，工作面等長布置，減少添、去支架工作。西翼布置1190-1196其7個工作面均為傾向長壁俯采工作面。東一采區工作面均設為偽走向布置。其中1195工作面面長布原來的75m增加到92.5m,儲量增加23%，11912工作面面長由原來的75m增加到89m，儲量增加19%。大大緩解工作面接替緊張的局面。

2.2.2 開采順序

已經回采結束的西翼采區，工作面布置時既有跳采布置，也有順序布置。首先開采順序如下：1192工作面→1190工作面→1194工作面→1191工作面→1193工作面→1197工作面→1195工作面。其中1191工作面和1193工作面為孤島工作面，回采期間兩巷壓力大，變形嚴重，隨推進隨臥底。而其余工作面均為順序開采工作面，靠近采空區一側的巷道壓力稍大，實體煤一側巷道超前壓力不明顯。為減少底板破壞深度的影響，7#煤的開采準備采用協調開采的方式進行開采。在以后的開采過程中工作面盡可能安排成順序開采，以減小礦壓對工作面回采的影響。

2.2.3 頂板掘進支護工藝優化

1）沿完整大青灰巖掘進

東井8#、9#煤局部合槽，8#煤直接頂為大青灰巖，堅硬完整，施工錨桿特別困難，我們根據實際情況，當大青灰巖厚度超過2m完整不破碎時頂板可以不支護，例如東翼運輸大巷、1190運料巷外段、東翼軌道大巷局部。

2）沿底托頂煤掘進

為了提高煤炭回收率，工作面兩巷均沿9#煤底板托頂煤掘進。東井9#煤的特點是上軟下硬，頂板成形差；掘進一排支護一排，施工進度慢。通過使用加長頂錨桿，頂錨桿由原來的2m增加到2.4m，錨索梁由原來的兩排“邁步”式布置改成三排“五花”式布置，提高頂板支護強度，保證巷道安全掘進。

2.3 采取多種措施提高工作面煤炭回收率

為提高煤炭回收率，我們通過多種途徑，嘗試各種方法盡可能多的回收煤炭。在工作面兩巷掘進過程中，要求兩巷均沿9#煤底板托頂煤掘進，降低工作面回采期間的機頭機尾的三角煤損失；在工作面回期間，通過在后溜子采空側安裝托煤板減少移后溜子的煤炭損失，對機頭機尾各三架的頂煤和兩巷頂煤進行回收，每年可多回收頂煤4.5萬噸；通過適當增加工作面面長，降低工作面之間的煤柱損失率；通過改變以往工作面開始上網先撤后溜子的施工工藝，待工作面上網結束后再撤后溜子，每個工作面可以多回收煤炭3000余噸；通過優化上山布置，東一采區軌道上山沿頂掘進，東一采區運輸上山沿底掘進，保證工作面兩巷剛開口即沿底掘進，改變多數礦工作面停采時沿煤層頂板停采的做法，每個面可以多回收煤炭9000余噸。

3 結論

通過對葛泉礦東井復雜水文地質條件的研究以及開采技術的綜合研究、創新，取得了一系列的成果和經驗，解放了大量的呆滯煤炭資源，為相似條件下的開采奠定了基礎和技術儲備。

3.1 通過開采下組9＃煤及注漿加固改造，形成了一整套以煤層底板注漿改造為主體的帶壓開采綜合防治水技術。

3.2 采用井上、下結合的全方位、多層次勘探手段，制定了“井下為主，地面為輔，物探為主，鉆探驗證”的勘探原則。

3.3 采用先進的注漿工藝、注漿材料，準確定位注漿目的層，確定了注漿孔布置原則。采用“三階段漸進式”注漿工藝和“動態分析、實時反饋、不斷優化”的注漿流程。

3.4 采用托頂煤支護工藝研究，解決各種復雜條件下的全煤錨網巷道支護難題，保證巷道安全掘進。

3.5 采用多種措施，提高煤炭回收率，增加企業效益。

3.6 設計利用“三級”沉淀系統，緩解井底水倉的清理壓力，提高礦井的抗災能力。

孫鑫（1985—），男，山東煙臺人，2008年畢業于山東科技大學采礦工程專業，采煤助理工程師，現為葛泉礦技術科副科長。

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