淺談煤礦工作面頂板出水原因分析及防治措施

張 洋 朱俊魁

（河南能源化工集團義煤公司千秋煤礦地測科，河南 三門峽 472300）

煤礦開采多為地下作業，在井巷開拓和煤層的回采過程中，不可避免地要揭露或波及破壞某些含水層（體）。只要這些工程的作業場所位于含水層（體）以下時，水體就會失去原有的平衡，在重力的作用下，以各種形式向井巷或采廠涌出，這既可能是一般的滴、淋水，也可能是突破性的大量涌水，形成水害。這主要取決于作業場所所處的地質構造部位，含水層的富水性，可能的補給水量和水壓，以及工程對各含水層的揭露貫穿或波及破壞程序，因此，煤礦生產建設過程中，礦井的生存與發展都與這一切息息相關，水害是煤礦的五大自然災害之一。水害的嚴重程度，受多方面因素影響，如煤礦水文地質條件，礦井開拓開采對地下水原平衡條件破壞等因素。通過對千秋煤礦礦井水防治工作多年的探索技術學習，根據千秋煤礦的水害特點進行研究和實驗，已形成了一套煤礦防治水理論，以及對策方法措施及管理制度。總結經驗與教訓為千秋煤礦防治水工作起到重要作用。

1 工作面水文地質概況

21172 綜放工作面是千秋煤礦2011 年二一區東翼投產的唯一一個綜放工作面，掘進期間上巷已揭露F3-6 斷層，該斷層落差大地質構造較復雜，工作面上巷在1190m 處遇到F3-6 斷層，產狀260°∠80°，h=11m,斷層在工作面中部尖滅。該斷層有三條派生斷層，（1）產狀259°∠85°，h=7m,（2）70°∠71°，h=3.0 和（3）70°∠70°，h=1.3m。斷層帶走向長度為60m。且F3-6 斷層已溝通位于21172 工作面北500m 處的14161 綜采工作面老空水積水區，該積水區已知積水量80000m3有余，且斷層尖滅位置為富水區域，含水層又比較發育。F3-6 斷層為張性正斷層，構造斷裂使隔水層與含水層發生位移巖石破碎，它是造成礦井沖水和透水的主要通道，斷層帶有導水現象，當工作面回采至斷層7m 時，平巷老塘頂板開始放出水，9m3/h.水色清、無味，經過多次水質化驗的研究分析充分證明，水源來源于頂板上侏羅系巨厚礫巖含水層水。

21172 工作面直接頂為灰色、深灰色泥巖，致密塊狀，賦存穩定，厚度9.4m～13.5m，隔水性較好。上部為中上侏羅系雜色粉砂巖、細砂巖、礫巖組成，以礫巖為主，交替出現的混合巖層。該層厚度大，含水性不穩定。砂巖和礫巖整體為弱含水層，但由于砂、礫巖層裂隙發育極為不均，局部存在裂隙強烈發育而形成強富水區段。工作面回采后，平均采放高6.2m，按照1：14 冒落裂隙計算，最大導水裂隙發育高度可達到86m 以上，可以溝通上部多個含水組（段），甚至受巨厚礫巖含水層的補給。因此，工作面回采過程中可能會受到頂板水的危害。

2 積極開展井下物探，掌握水情異常區域

21172 工作面2011 年3 月8 日開始回采，于6 月11 日開始出水，由原來的6m3/h 逐漸增加，隨后逐漸增大，最大水量達386m3/h。截止2014 年9 月實測涌水量穩定在120～130m3/h。工作面水量之大、持續時間之長，均是我礦前所未有的。在工作面防治水方面我礦逐步提高防治水理念，不斷優化防排水系統，實現了防治水工作由措施型向工程型的轉變，保證了礦井的安全生產。

為了準確掌握21172 工作面頂板巖層的含水性，及時邀請義煤公司防治水研究所對21172 工作面實施瞬變電磁勘探，依據生產地質資料和鉆探結果，劃定頂板水情異常區兩個（富水面積分別為9000m2、2400m2）。經打鉆驗證，出水量分別為2.6m3/h、3.0m3/h。

3 不斷提高防治水的認識，實現防治水工作由措施型向工程型的轉變

3.1 措施型排水階段

由于千秋煤礦建礦以來，所有的回采工作面涌水量沒有超過50m3/h，在防治水的認識上存在不足，因此在21172 工作面的防治水初期階段，均采取的措施一是堵：在工作面20 架以下的后部溜子老塘側至下巷，壘砌一道高度0.8m，厚度0.24m 的磚墻，防止老塘水進入后部溜子和轉載機；二是順：在墻內鋪設一趟10 寸順水管路，向下巷最低點順水；三是排：分別在轉載機機尾和1050m 巷道最低點處，開挖泵坑，安裝水泵和管路進行排水。由于工作面的水量持續增加，工作面由俯采變為仰采，排水設備和管路不可靠，造成工作面的安全和生產沒有保障。促使千秋煤礦防治水工作轉變觀念，實施由措施型向工程型的轉變。

3.2 工程型排水階段

在21172 工作面下巷950m 至780m 下幫，開設170m 流水巷（巷道斷面10m2），流水巷內挖設水溝寬0.8m，深0.6m，并在流水巷外口做50m3的沉淀池和泵坑，安裝配備BQS100-60/37kw 潛水泵五臺、BQS100-100/75kw 潛水泵四臺，鋪設兩趟6 寸、五趟4 寸管路，將水垂直提高13m 后，經管路排至下巷口環形水倉。2012 年元月5 日涌水量達到386m3/h，為了增加排水能力在下巷環形水倉處施工一個第二泵房，安裝MD155-30×10 多級泵三臺，工作面實際排水能力達450m3/h。

3.3 綜合型排水階段

為了使流水巷進入老塘報廢后，不影響正常排水，我們開始在工作面下巷780m 至外部環形水倉掘砌一條暗水渠，暗水渠的具體參數：長度：720m，坡度：7‰，凈寬：0.6m，凈深：0.6m，砌筑0.24m 磚墻。

水渠埋深1.5m 至3.5m，用水泥進行粉刷底、幫，頂部用廢舊軌枕、金屬網和彩條布進行封蓋回填，防止水渠坍塌。暗水渠每20m留設一個觀察口，便于觀察涌水量。當觀察口進入老塘前，采用木垛進行防護，并建立磚墻截水，使采空區涌水通過觀察口進入暗水渠。

為了提升21172 工作面下巷外段的排水能力，在下巷停產線處及時設計并組織施工了21 采區中部水倉，水倉有效容積2000m3，安裝MD280-65x6 多級泵兩臺和BQS300-100/75 潛水泵兩臺，通過兩趟8寸和一趟6 寸管路，最終將水全部排至二水平大巷水倉，21172 工作面排水能力達650m3/h 以上。

4 結束語

自21172 工作面從2011 年6 月初回采遭遇F3-6 斷層帶直至回采結束，回采期沒有因為出水影響安全生產，同時也為千秋煤礦今后的防治水工作提供技術依據和參數。總之，正確分析礦井、采區的水文地質特征是治理的基礎，查清積水區水源補、徑、排關系是治理的關鍵，只有這樣才能確定合理的治理方案。

實踐證明，21172 工作面老塘頂板水采用臨時水倉、流水巷、環型水倉分級分段進行排放治理，具有經濟、快捷、投入少、效率高等特點，并取得了良好的綜合效益。通過不斷地在21172 工作面實施防治水工程，優化升級防排水系統，達到了21172 工作面“水大不見水，水大不影響生產”的效果，確保了工作面始終保持正常順利回采，減少了大量水泵、管路及電器設備的投入。每年可節約電費210.06 萬元，節約工資40.8 萬元。

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