深井大傾角厚煤層綜采工作面底板突水處理技術

張有華

（肥城礦業集團單縣能源有限責任公司，山東 單縣 274300）

深井大傾角厚煤層綜采工作面底板突水處理技術

張有華

（肥城礦業集團單縣能源有限責任公司，山東 單縣 274300）

以3206綜采工作面為例，介紹了深井大傾角厚煤層綜采工作面三灰砂巖底板承壓水出水治理技術。3206綜采工作面周期來壓，造成底板鼓起產生裂隙，與三灰含水層導通，發生突水。通過治水方案的制定與優化，精心的組織和科學的施工，保證了工作面的安全、正常回采，具有一定的社會經濟效益，對類似條件下的突水處理及安全生產管理具有一定借鑒意義。

大傾角；厚煤層；綜采工作面；底板突水

1 概況

1.1 工作面基本情況

3206工作面為綜合機械化采煤工作面，該工作面采用走向長壁采煤法，一次性采全高，后退式回采，全部垮落法管理頂板。

該面煤類3上煤為焦煤，是優質煉焦用煤，據3206掘進巷道實際揭露煤層資料可知，3206工作面標高-892.5～-768.9m，面長191m，煤層厚度1.6m～5.5m，平均3.5m，工作面傾角在25°～51°之間，平均角度為32°。3上煤層頂板為粉砂巖及泥巖，屬較穩定頂板。工作面直接底為泥巖，老底為細砂巖，工程地質條件為中等類型。

1.2 太原組下部含水層情況

太原組灰巖巖溶裂隙發育具不均一性，表現為淺部富水性大于深部，既使同一層灰巖，在不同部位巖溶裂隙的發育程度也不相同。根據區域資料，三灰若通過導水斷層與奧灰對接，其富水性可增強。三灰水具有水壓高、水量小，富水性不均一的特點。

三灰“突水系數”為：T=P/M=0.06MPa/m。

上式中各參數取值如下：P=5.4MPa；M=87.5m。

經計算突水系數T=0.06MPa/m，T=0.06MPa/m小于正常塊段Ts=0.1MPa/m，符合《防治水規定》要求。

回采工作面正常涌水量：Q正常=Q砂+Q三灰+Q生產用水=20+5+5=30m3/h。

回采工作面最大涌水量：Q最大=（Q砂+Q三灰+Q生產用水）×1.5=（20+5+5）m3/h×1.5=45m3/h。

2 突水情況

2.1 底板涌水量

2013年10月15日下午16：35，3206綜采工作面開切眼軌道順槽推進至78.6m，膠帶順槽推進至72.5m時，工作面周期來壓，面內85-125號支架安全閥開啟，立柱下縮，底板鼓起，出現周期來壓征兆。97號支架面前底板出現裂隙水，18：34水量約5m3/h，19：55水量約10m3/h，20：43水量在20m3/h，截止到17日水量穩定，水溫37℃，到18日16：00水量減小并穩定至16m3/h。

2.2 水壓變化

根據陳蠻莊礦礦井水動態觀測，距工作面推采位置1010m的三灰觀5孔水壓自15日起開始持續下降，由原1.75MPa下降至1.46MPa，水位下降29m，對出水點取樣分析化驗為三灰水。

3 底板突水對3206綜采工作面的影響

由于工作面傾角較大，面前水流自出水點沿面前煤壁直接涌入膠帶順槽，機道內浮煤也隨之流進膠帶順槽，造成膠帶順槽內煤炭大量淤積，行人高度不足1.8m，膠帶輸送機機尾受水煤影響，發生嚴重跑偏，順槽皮帶無法正常運輸煤炭，涌水直接制約工作面正常生產。此外，由于水流對架前浮煤沖刷，造成支架前部架空，移架時支架前部下栽，液壓支架推移桿被龍門架壓死，造成運輸機前部上漂，采煤機前部上翹，造成過機高度不足，無法進行挑頂作業，致使工作面工程質量嚴重滑坡。以上不利因素，嚴重影響了工作面的正規循環作業，致使原煤產量降低，影響全礦的生產效益。

4 治水難點

與一般工作面相比，我礦回采的3206綜采工作面埋藏深、地壓大、煤層厚、傾角大、采高大。由于出水點處水流大，傾角較大，造成水流不易匯集，排水困難，不易形成較好的排水系統。大傾角工作面施工作業時，工人體力勞動大，操作困難，工作面面前易片幫、飛煤滾矸，對施工人員安全威脅很大。

5 治水方案選擇

5.1 根據現場會審研究，提出以下兩套可行性治水施工方案

方案一：在面前打設攔水壩，安設電泵，將水流集中排至膠帶順槽排水系統。

方案二：在面前打設水壩，向軌道順槽排水同時，在工作面下部安設一臺電泵進行排水。

5.2 方案比較與分析

采用方案一將水流集中排至膠帶順槽，易造成膠帶順排水系統管道淤積，排水效果差，且管路鋪設較長。方案二將出水點水流進行分流，減輕了膠帶順槽排水系統壓力，同時減少了管路鋪設長度。通過方案比較，方案二排水效果較好，因此選用方案二進行現場施工組織。

6 水泵選型

根據水情觀測資料，工作面最大涌水量為20m3/h，水泵需滿足工作面的最大涌水量。

揚程計算（自出水點至軌順標高）：

H=（H1-H2）A*sinα=（125-97）*1.5*sin30=21m

式中：H1支架總數，

H2出水點架數，

1.5為支架寬度，

α工作面平均傾角，

因此水泵選型必須滿足排水量大于20m3/h，揚程大于21m。因此選擇BQS30-56-11/N型水泵，滿足正常排水需求。

7 施工組織

7.1 面前施工防護設施

施工水壩時，工人需進行面前作業，由于3206面傾角大，煤層厚，易發生飛煤滾矸傷人事故。

施工前，面前作業需采取有效防護措施。具體操作如下：先進行敲幫問頂，人員站在安全地點用長把工具處理懸矸、危巖，并在施工地點以上3～10m范圍內設置兩道擋矸卡，沿煤層走向在相鄰支架側護板間隙支設2根2.2m鋼管，伸入側護板間隙不低于100mm，人行道側鋼管底根插進齒軌孔中，煤壁側鋼管底根挖刨底窩放置，兩根鋼管傾斜角度大體一致，在固定好的鋼管上順走向用鐵絲固定2根同樣規格的鋼管，呈“井”字形布置，將工作面擋板（500mm厚木板）沿走向放在固定鋼管上面，使用鐵絲將擋煤板與鋼管拴牢，并使用金屬菱形網等物料形成全封閉擋卡，擋卡必須封閉機道全斷面，人員進入機道封閉施工時，由專人監護。

7.2 治水采取“三步走”施工方法

根據工作面水量及出水位置，深井厚煤層大傾角工作面治水采取“三步走”的治水施工方法，3206工作面的三個生產班嚴格按照如下步驟進行突水治理，取得了良好效果。

第一步：面前治水。

首先從源頭抓起，在出水點面前上方打設防滾矸設施，人員進入面前在出水點下方堆砌攔水壩。現場施工人員將煤矸裝入編織袋內，裝好后堆砌成壩子，壩子下部背板棚，并打設一棵單體支柱維護水壩，形成一個人工水窩。泵窩堆砌完成后，自工作面運輸機尾泵倉向出水點鋪設一根2寸軟管作為排水管，面前水窩內安設一臺BQS30-50-11/N型水泵進行排水至軌順泵倉，從而減少涌入膠帶順槽水量，工作面轉載機尾處安設一臺BQS30-50-11/N水泵，排水至3200回風上山，從而水量得到控制，工作面可以繼續正常生產。

第二步：架前治水。

隨工作面工作面向前推進，出水點進入運輸機底部，由于工作面傾角大，水流分散，無法正常排水。為保證正常排水，工作面采取調機尾措施，調采兩個循環后，工作面出水點進入支架前部運輸機后部。此時，在架前與運輸機之間打設攔水壩，進行排水至軌順。采煤機下行割炭完成一個循環時，需要拉架，會破壞攔水壩，因此在拉移水壩處的支架前，提前在原水壩下方打設第二道水壩進行排水，使流入下順槽水量得以控制，保證了工作面的正常推采。

第三步：面后治水。

調刀同時，工作面進行抬溜施工，采煤機司機在每刀循環時減少臥底量，使運輸機抬高5-8cm，使工作面形成仰采，出水點水流被甩入采空區。通過調刀和抬溜施工，加快了出水點進入老空的速度，減少了面前流水帶走浮煤，避免了對下順槽的淤積，減少了水流對工作面煤流系統的影響。此外水流進入采空后，垮落的矸石在出水點處堆積，減少了涌水量，自架后老空側流出的底板水，經沿途矸石過濾，淤積煤量大大減少。此時工作面水泵撤除，保留轉載機機尾水泵窩進行排水，隨工作面向前推進，泵窩隨轉載機機尾前移進行排水，保證了煤流系統的正常運轉，從而使工作面達到正常推采。

此外，正常排水同時，及時清挖工作面及下順槽轉載機機尾處泵窩，避免泵窩淤炭，造成水泵無法正常排水。

8 結語

（1）結合大傾角工作面的特點，通過分析出水點位置，因地制宜采取“三步走”治水法進行排水，通過打設攔水壩，使水流得以控制。

（2）采取溜尾調刀措施，加快出水點進入采空區的速度。

（3）工作面采取抬運輸機措施，形成仰采工作面，將水流甩入老空，杜絕了面前沖刷造成工作面下順槽的浮煤淤積問題。

通過采取以上三項措施和科學的施工組織與管理，降低了工作面底板出水造成的影響，保證了3206大傾角綜采工作面的正常推采，對其它大傾角工作面底板出水治理具有一定的借鑒意義。

［1]張榮立．采礦工程設計手冊［Z]．北京：煤炭工業出版社，2001．

［2]綜采技術手冊［Z]．北京：煤炭工業出版社，2001．

張有華（1986-），男，助理工程師，2011年畢業于山東科技大學泰山科技學院資源與土木工程系，從事礦井技術工作。