3上煤頂板砂巖水的疏放研究應用

張磊

摘 要：煤頂板粗砂巖含水層距離較近，含水層厚度局部增大，在回采過程中受采動影響，將使工作面溝通頂板含水層，導致工作面涌水量加大，影響工作面正常回采，因此采取預疏放措施，效果總體較好，基本達到了預期疏放目標，大大降低了采后采空區的涌水量，對保證工作面安全、高效回采起到了重要作用。本文以新驛煤礦為例，對煤頂板砂巖水的疏放應用進行了相關研究。

關鍵詞：頂板水；砂巖水；超前疏放；瞬變電磁；鉆探

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.087

1 提出的背景

新驛煤礦五采區工作面在回采過程中，受到頂板淋水的困擾，特別是在已經回采完畢的1503工作面、1505工作面，回采期間頂板淋水最大時達到35m?/h，嚴重影響到正常的回采作業，影響了煤質，為了給1509工作面提供較好的生產作業條件及提高煤質，決定在1509工作面進行超前頂板砂巖水疏放。

2 研究內容

2.1工作面概況

1509工作面回采煤層為3上煤層， 煤層最大厚度為3.2m，最小為2.5m。煤層頂板：偽頂厚度0.2～1.5m泥巖，灰黑色，巨厚層狀，泥質結構含植物葉片化石；直接頂1.8～4.6m粉砂巖，黑灰色。粉砂質結構，平坦狀斷口，具水平層理，層面富含植物化石碎片，具滑面；老頂中砂巖3.5～6.5m，淺灰色，中粒結構，礦物成分以石英為主，長石次之，次圓狀。

該工作面底層呈單斜構造，地層走向西北～東南方向，傾角4～19°。該面受斷層影響煤層頂板有起伏，煤層發育不穩定，在兩順槽掘進過程中，在斷層處頂板破碎帶有淋水現象，最大處約1.5 m?/h。工作面回采時預計涌水量5～20 m?/h，最大涌水量40 m?/h。

2.2 頂板水賦存情況分析

該區域頂板砂巖局部富水弱，但是局部較為集中，五采區多處頂板均有淋水出現。根據鉆孔及已經揭漏煤層頂板資料分析，主要為煤層頂板粉砂巖、中砂巖含水性較強，賦水特點以靜態儲水為主，為巖層沉積時原生水，隨著開采得到釋放。

2.3 頂板水疏放方案

在工作面形成后，由礦務局物探隊使用Terra TEM 瞬變電磁儀進行瞬變電磁進行對頂地板含水異常探測。根據瞬變電磁資料分析，結合地質情況，在主要富水異常區進行鉆探施工，對頂板砂巖水進行引導疏放。

（1）確定頂板砂巖水富水區域。如圖所示，富水異常區B1、B2、B3三個區域，其中B1、B2區域面積小，對回采影響較小。B3面積較大，該地段頂板構造復雜，頂板破碎，斷層帶有可能溝通上部砂巖含水層，對回采有一定影響。

（2）施工探水鉆孔。在工作面推進過程中，實際揭露的淋水變大位置與成果圖有誤差，與物探隊溝通后，確認瞬變電磁誤差約20m，最終確定在位于第二聯絡巷向下60m處皮帶順槽處施工鉆探，此處位于斷層破碎帶邊緣，頂底板符合鉆探施工條件，共設計兩組六個鉆孔。

（3）鉆孔施工技術要求。孔徑均為 108mm，打 6 m 深將孔內沖洗干凈，下φ97 mm 套管，在孔口用砂漿將套管固定并封死，然后用封孔泵封孔，待固結 48 h 后進行掃孔，鉆進深度超過套管長度后，在套管外露部分安裝閘閥式控水瓦籠及壓力表，并進行耐壓試驗，試驗壓力達 1.0 MPa 以上并持續 0.5 h，確認無滲水、松動等現象后，再改用65 mm 鉆頭鉆至終孔。

（4）健全完善的排水系統。根據工作面回采時最大涌水量，排水系統設計為雙電源供電，兩趟管路排水都為φ108mm排水管路，2 臺 37 kW 排水泵（一臺備用），排水能力達到80 m?/h以上。

（5）加強水文地質資料分析、預報和觀測工作。工作面回采過程中嚴格執行《煤礦防治水規定》，堅持“預測預報、有疑必探，先探后采，先治后采”的工作原則。在工作面回采至富水區時提前發放水害隱患通知單，檢查、整改排水系統；生產單位組織生產時平穩推進，避免推進過快，造成壓力增大。

2.4 結論

（1）通過疏放1509工作面的回采期間正常涌水量在8m3/h，保證了工作面的快速推進，保證了煤質，減少了工人的勞動強度。

（2）砂巖頂板裂隙水的有效防治，主要取決于煤層頂板砂巖的賦存狀態、裂隙成因條件與發育情況，富水性及涇流補給，對排泄條件的掌握和了解。

（3）根據煤層頂板進行瞬變電磁法勘探富水區采用鉆孔疏放頂板砂巖裂隙水，可以提前降低或消除水害影響，但是本區域煤層頂板含有一層泥巖，鉆孔疏放不一定能達到滿意效果。

（4）工作面建立、健全完善的排水系統在出現水害時，可以將影響降到最低程度。

3 創新性分析

本項目充分利用瞬變電磁探測3煤頂板砂巖的富水區，然有針對性的對異常區進行疏放，改變了傳統的3煤頂板砂巖水冒落后自行外流的方式。

4 效益詳細分析

（1）通過超前疏放1509工作面頂板砂巖水，煤炭全水分由9.8%降低到8.3%，提高發熱量105大卡/千克，每大卡0.07元，噸煤單價提高7.35元，每月8萬噸產量，每月增加效益58.8萬元。

（2）頂板淋水減小，改善了工作面生產環境，每小班次可節省清理皮帶巷淤泥人員2個，每月可節省人工180人次，合7.2人，人均工資7000元，節省5.04萬元。

（3）減少了水泵的故障率，平均每月減少損壞水泵3臺左右，節省維修費用2萬元左右。

5 應用情況和推廣應用價值分析

對于新驛煤礦今后類似條件的工作面3煤頂板砂巖水的疏放提供了成功的經驗；也可供3煤頂板砂巖含水類似的的礦井借鑒。

參考文獻：

[1]劉鵬，弋伍余，王超梅.花井煤礦112202工作面頂板砂巖水預疏放治理技術[J].陜西煤炭，2015，34（03）：65-67.endprint