15101工作面水害治理技術及效果考察

馮濤

（山西蘭花科技創業股份有限公司 山西晉城 048000）

1 工程概況

1.1 礦井概況

望云煤礦位于山西省高平市區之北12 km處寺莊鎮望云村，行政區劃屬高平市寺莊鎮管轄。井田位于太行山南端西麓，屬低山區侵蝕地貌，地表基巖廣泛出露，經長期風化侵蝕，梁嶺連綿，溝深坡陡，溝谷多呈“V”字形，地形較為復雜。

井田屬黃河流域沁河水系丹河支流上扶河匯水區，井田內及周邊發育的主要河流有西部邊界外約1 km的丹河及井田內的丹河支流上扶河。

受區域地質構造的影響，井田總體構造形態以單斜為主，地層總體走向NNE-NE 向，傾向NW或SE，地層傾角在3°～16°之間，一般在9°左右，共發育褶曲構造6個，同時發育斷裂構造50條，發育陷落柱39個，未見巖漿巖侵入體。

1.2 工作面概況

望云煤礦15101工作面走向長度1 240 m，傾斜寬度150 m，由于15101 工作面西部存在上扶村保護煤柱，計劃開采走向675 m，傾斜寬150 m。工作面底板標高+714 m～+795.28 m。工作面主采15#煤層，煤層平均厚度4.87 m，該煤層為穩定的全區可采煤層。煤層結構簡單—復雜，含3層夾矸，單層矸石厚0.05 m～0.20 m。15101 工作面頂板至3#煤層采空區平均厚87.09 m。

1.3 工作面水文地質條件

（1）含水層

距15#煤層最近的奧陶系峰峰組水位標高619.54 m，15101 工作面開采最低標高約為+739.1 m；同時根據勘察報告分析奧灰水對15#煤層在東區的開采無影響。故奧灰水對15101工作面無影響。

（2）本溪組底至15#煤層底板隔水層

15#煤底板至奧陶系灰巖頂界，厚度11.02 m～45.42 m，平均25.44 m，其有效隔水層厚度平均為20.40 m，具有較好的隔水性能。

1.4 工作面涌水量預計

本文參考望云煤礦井田外東北部水文地質條件相似的凌志達煤業開采15#煤層的富水系數：0.40 m3/t～0.65 m3/t進行比擬預測[1-3]。

Q=KPP

式中：Q——新礦井預測涌水量，m3/d；

KP——富水系數，m3/t；

P——礦井核定生產能力為0.76 Mt/a，以年工作日276 d計，日產原煤2 754 t；

代入上式得：Q正常=1 102 m3/d（46 m3/h）；

Q最大=1 790 m3/d（75 m3/h）；

根據以上預算結果，望云煤礦開采東區15#煤層的生產能力達到0.76 Mt/a 時，礦井正常涌水量為1 102 m3/d（46 m3/h），最大涌水量1 790 m3/d（75 m3/h）。

2 工作面水害治理

2.1 地面排水孔

在實施地面排水措施以前，3#煤層采空區充滿積水，根據煤層底板等高線，3#煤層采空區整體為東高西低，2018年實施了兩個地面排水孔（主孔、副孔），具體參數見表2。

表2 主、副排水孔

表3 抽排水統計

從表3抽排水統計可以看出，通過地面抽排后，水位標高已由原來的+865 m 降至+792.0 m，3#煤層采空區積水標高已低于15101工作面底板標高。

2.2 工作面疏水鉆孔

針對15101首采工作面上覆含水層及3#煤層采空區共施工45個疏水鉆孔，設計孔間距按50 m布置，疏水鉆孔竣工示意圖如圖1所示（編號1～22為運輸順槽鉆孔，23～45位回風順槽鉆孔）。

圖1 疏水鉆孔示意圖

表4 疏水鉆孔參數

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 1029 1084 1136 1178 1174 1234 1239 43.5 45 95 114 162 162 211 255 255 294 316.5 357 359 410 445 457 514 515 562 560 607 660 660 215 340 345 340 345 320 60 150 205 95 230 335 215 225 225 325 275 230 335 245 235 230 340 275 235 225 340 235 0 230 59 54 55 55 55 56 57 55 58 67 54 54 54 55 54 54 54 64 54 54 54 52 54 54 64 54 56 54 54 54 102 105 99 102 99 106.5 129 100.5 111 96 114 109.5 109.5 103.5 106.5 106.5 100.5 99 109.5 103.5 106.5 108 105 106.5 94.5 108 103.5 105 109.5 105南幫距北幫1.5距北幫1m距北幫1m距北幫1m距南幫0.5m距南幫0.5m距南幫1.5m距南幫1.5m巷中距南幫1m距北幫1m距南幫1m距南幫1.5m距南幫1m距北幫1m距北幫1.5m距南幫1m距北幫1m距南幫1.5m距南幫1.5m距南幫1.5m距北幫1m距北幫1.5m距南幫1.5m距南幫1m距北幫1m距南幫1m距北幫1m距南幫1m滴水0 0 0 0 0 滴水淋水滴水0.1淋水滴水滴水0淋水0滴水滴水淋水0 0 滴水淋水0滴水滴水滴水滴水滴水滴水

每個孔均安設有壓力表，由表4可知，經疏放后現鉆孔僅有25個孔出現淋滴水，最大單孔涌水量0.5 m3/h，匯總后運輸順槽水量約5 m3/h，回風順槽水量約5 m3/h，累計疏放水量約為4 482 m3。

3 水害治理效果

3.1 地面物探

（1）地面物探布置

在井下疏水鉆孔施工完成后，采用瞬變電磁法實施了地面物探[4]。物探測區總面積為0.45 km2。其中，瞬變電磁法勘探測線13條，其中基本物理點650個，試驗點11個，質量檢查點65個，共計物理點726個。

（2）探測結果分析

圖2為依據勘探區3#煤層瞬變電磁法擬視電阻率等值線切片圖，圖3 為勘探區3#煤層采空積水區分布圖。從圖2和圖3上可以看出：勘探區3#煤層低阻異常區共20處；3#煤層采空積水區共10處。

通過對本測區資料的數據處理和解釋，完成了本次物探工作。基本查明了勘探范圍內3#煤層相對低阻異常區20處，結合收集的礦井圖紙和水文地質資料對比分析，查明3#煤老空積水區10 處，積水區總面積61 908 m2。其中多處受地面35 kV高壓線或民用電干擾，解釋成果精度降低，解釋成果供參考使用。

圖2 勘探區3#煤層擬視電阻率切片圖

圖3 勘探區3#煤層采空積水區分布圖

3.2 鉆探驗證

（1）驗證孔

通過對井下疏水鉆孔、井下物探成果分析，針對物探異常區及巷道淋水點等進行鉆探驗證，共設計8 個驗證孔，詳見表7。

（2）成果分析

由于15101工作面煤層底板等高線運輸順槽高于回風順槽，采空區積水主要集中于回風順槽，所以驗證孔主要針對回風順槽異常區進行驗證。

1#驗證孔發現出水后，在1#驗證孔周邊補打3個驗證孔，均未發現出水；現所有驗證孔均未出水或干枯。疏水孔及驗證孔累計疏放水約9 282m3。

表7 驗證孔參數表

4 結語

通過地面排水孔與井下疏水孔對15101工作面上覆3#煤層采空區積水進行疏放、抽排，采用地面物探和鉆孔驗證對水害治理進行效果驗證，可以明確15101工作面上覆3#煤層采空區已無大范圍的積水，消除水患對工作面開采造成的威脅，保障了工作面安全開采。