高河煤礦回采工作面防治水技術

申 翔

（山西高河能源有限公司，山西 長治 046000）

1 概述

高河煤礦位于長治市西南，直線距離約4.5 km。于2012年6月28日正式投產，煤礦生產規模為7.5 Mt/a。礦井開拓分式為立井開拓，在工業場地設置主立井、副立井及回風立井，還在小莊風井位置處設置一對風井。全井田以一個水平開采，水平標高+450 m，采用二組煤層大巷開拓3#煤層，即主、副立井落底后，沿著東西方向上布置大巷，并且在井田的中部位置處，沿著南北方向上布置大巷。單組大巷包含有五條巷道，每條巷道之間的距離為50 m，這些巷道包含有膠帶運輸大巷、進風大巷、回風大巷以及輔助運輸大巷等。巷道采用錨帶網索聯合支護。開采山西組3號煤層，共分為七個采區，分別為：東一盤區、東二盤區、東三盤區、西一盤區、西二盤區、西三盤區、西四盤區。開采方法走向長壁，綜采開采工藝。

圖1 高河煤礦開拓式平面

2 礦井涌水

在工作面進行開采之前，均需完成地面電法勘探及地面三維地震勘探工作。掘進巷道進行迎頭瞬變電磁法超前物探及超前鉆探驗證。回采巷道完成后進行工作面瞬變電磁法超前探物探及井下無線電波坑道透視。

3#煤層頂板中，含有裂隙含水層，為煤層直接充水含水層。經鉆孔控制，鉆孔單位涌水數量0.0075 L/s·m，探放水鉆孔共33個，探放深度為2～4 m。從探放水情況看，該層的含水性相對不強。經開采，此含水層在冒落區域。采后導水裂隙帶導通上覆K8～K10砂巖含水層，使砂巖含水層水進入礦井，在工作面低洼處積聚。開采作業時，礦井正常涌水數量約240 m3/h左右，最大涌水量達380 m3/h。其中三個綜采工作面，正常涌水量約為15～30 m3/h，最大涌水量約為60 m3/h。各掘進工作面正常情況下無水或少量淋水。3#煤層處于奧灰水承壓開采區（3#煤開采標高+450 m，奧灰水水位標高+650 m左右，3#煤底板至奧灰頂面隔水層平均厚度130 m左右），3#煤層底板奧灰水突水系數0.021～0.030 MPa/m，屬于相對安全區，經生產回采，未發現奧灰突水。

3 回采工作面防治水工程設計

回采工作面防治水工程，理論上應與巷道圍巖、地質構造及采掘狀況相適宜，同時，還需要盡可能地控制煤層頂板砂巖裂隙含水層中之靜儲量，確保水頭高度有效減少，開展可控性的防治水工作。進行防治水工程鉆孔時，要盡量穿透含水層的頂層，確保覆蓋工作面區域。與巷道方向相平行的一些鉆孔間距，要比鉆場的間距值大；而與巷道相互垂直的一些鉆孔間距，要超過工作面傾向長度的1/2，以確保工作面之中疏水盲區達到最小，以取得更為理想的防治水效果。

3.1 工作面離層水的防治

在工作面回采推進過程中，采空區上覆巖層會產生冒落帶、導水裂隙帶及彎曲沉降帶。通常狀況下，彎曲沉降帶與導水裂隙帶存在一定的漸變關聯性，而且會向地表方向不斷擴展，極易出現地面塌陷問題。不過，若是一些較為堅硬的頂板巖石無法和下伏軟弱巖石同時垮落的情況下，或者是兩者不能同時的彎曲下沉，會出現較為嚴重的離層問題。在這些離層之中，若是充滿水便會出現非常大的“水包”。若是離層的體積相對較大，上覆層懸頂結構會出現斷裂，由于受到較大的沖擊壓力，會導致“水包”發生破裂，從而出現潰水問題，最終導致水害的產生。依照該工作面的鉆孔數據可得，在上覆巖之中存在一些隔水層，這也是離層水害出現的前提條件。要想防止出現離層水害問題，需編制了離層水探測方案。結合工作面實際情況，在對離層水探測過程中，需要和工作面推進度相結合，與頂板垮落同步。要是鉆孔作業太早，則離層水未大規模形成；要是鉆孔作業太遲，則無法確保在老頂發生垮落以前完成作業，將離層水伴隨老頂垮落流入巷道之中，易于引發水害。分析認為，在工作面距切眼30～40 m范圍內，存在離層水概率相對大。所以，在距切眼30～40m范圍內，設計鉆場進行探放水，要是鉆孔的出水量達到20m3/h，則進一步的加密鉆孔。

3.2 礦井排水系統狀況

礦井排水系統，在副立井的底部位置設置水倉及泵房等，其中水倉的總容積量達到了5118m3。副立井井口標高+933m，排水水平標高+464 m，排水管沿副立井井筒敷設。依照礦井最大的涌水量為750 m3/h進行設計，排水泵型號為MD450-60×9G離心水泵，共設置5臺，其中2臺正常排水，2臺備用，1臺檢修。水泵均配備型號為YB710S2-4的防爆電動機。礦井涌水處于正常狀態，一臺水泵工作即可；若出現最大涌水量的情況，則兩臺水泵一起工作。排水管使用直徑為Φ325的無縫鋼管，沿著、副立井至井口方向敷設，將井下涌水排至地面。此外，各盤區或工作面均設有完善的排水系統，排水系統滿足《煤礦防治水規定》的相關要求。

4 回采工作面防治水的保障措施

1）在工作面進行回采時，應根據回采進度和垮落步距的大小，結合設計及標準的要求，掌握好離層水疏放鉆孔作業時機，防止發生頂板垮落產生水害。

2）回采工作面要確保泄水巷隨時保持通暢，通過木垛保護手段，強化排水巷的管理。若聯絡巷發生堵塞，或是塌陷，使排水線路出現堵塞，需及時施工泄水孔，防止采空區內的水位升高，影響回采。

3）若探放水鉆孔發生了堵孔或塌孔，需及時進行通孔處理，若透孔的效果不太理想，則應采取下設篩管的措施，或適當的改變疏放水鉆孔布置，以達到更好的疏放水效果。

4）在進行疏放水作業時，要實時地對鉆場區域中頂板沉降值及淋水進行測量。若是一些區域出現相對嚴重的沉降，或是淋水問題嚴重，則需加強支護作業，防止疏放水作業過程中，頂板破碎，發生垮落。

5）對生產人員及管理人員進行防治水知識教育與培訓，使其掌握防治水專業知識，了解防治水過程中的安全防護方法，掌握井下水害的防護措施。同時，還應制定專門的治理方案以及應急預案。

5 效果評價

高河煤礦開展的防治水工程在頂板水預疏放工作中實現了預期目標，通過對頂板含水層之中靜儲量疏放處理，有效避免水害問題的出現。現階段，全部鉆孔中，殘余水量與含水層中動態補給水量大致一樣。在回采過程中，針對離層水開展的疏放工作，確保了回采工作面順利進行。在防治水施工過程中，疏放水鉆孔的布置，為今后防治水工作提供了參考。