云岡礦井下防治水技術的選擇及效果

閆守成

（大同煤礦集團有限責任公司云岡礦，山西 大同 037017）

隨著礦井開采深度的增加，在開采過程中出現越來越多的水害事故，水害成為礦井中最容易發生的災害之一［1］。近年來我國許多煤礦都發生過大大小小的突水事故，對工作面的正常回采帶來一定的影響，在一定程度上也影響礦井的經濟效益。統計資料顯示，礦井中有86%以上的突水都是由于巷道頂底板的承壓水在導水裂隙帶的作用下進入采空區或礦井而形成的［2］。云岡礦開采煤層受老空水及其他含水層的影響，富水性強，且水壓高，斷層較多，因而產生突水的危險也較高。

1 礦井水文地質概況

云岡礦井田內河流主要來自十里河，現開采的410 盤區51041 巷道全長360 m，巷道布置見圖1。掘進方向是由南向北進行，煤層的厚度為1.5～2.8 m，平均厚度2.3 m，煤層直接頂為灰白色的細砂巖，直接底為灰色的粉砂巖，煤層中含有1-2 層夾石，受斷層的影響，局部夾石厚度高達3.5 m，夾石為灰黑色碳質泥巖。掘進過程中多處發現斷層，51041 工作面上覆3#煤層是采空區，與工作面的層間距為114.21 m；上覆8#煤層是破壞區，與工作面的層間距為58.60 m；同層12#煤層是小窯破壞區，煤層的導水性較好［3］，正常涌水量為1 100 m3/h，最大涌水量為2 100 m3/h，掘進中導水裂隙帶內的含水層以及老空水都會影響安全開采，可能發生突水事故。

圖1 巷道布置

2 疏水降壓可行性分析

礦井開采中水害防治的手段主要有底板注漿加固、充填開采以及疏水降壓。由于51041 工作面裂隙帶內的含水層及老空水距離煤層頂板高度在15 m，采用注漿加固難以確定注漿層；采用充填開采由于裂隙帶的存在使含水層的補給通道不能完全切斷；又由于含水層水位高于開采水平標高，屬帶壓開采，綜合考慮，采用疏水降壓方法進行水害治理。

采用疏水降壓時，開采煤層與含水層之間要有足夠的厚度，其中煤層的開采水平在+50 m左右，含水層的水位標高在+125 m左右，要確保工作面的水頭值小于隔水層所能承受的安全值。明確工作面含水層的補給邊界后，先采用注漿方法將水源截斷，再進行疏水降壓；如果工作面含水層有足夠多的補給水源時，則不采取疏水降壓的方法，采用注漿加固底板等其他措施［4］。

根據礦井的水文地質概況，礦區內的積水面積約770 km2。通過對礦區的放水試驗，在持續放水的情況下，可以看到觀測孔的水位在不斷下降，且老空水的積水量也在不斷減少，多半是靜儲量。由于奧陶系灰巖含水層的滲透性較好，在外界的補給量相對較少時，采用疏水降壓的防治水措施是相對有利的，加上礦區內多年老空水的水位變化整體呈下降趨勢，在長時間大流量的疏水降壓，以及礦區生活用水基礎上，也使疏水降壓措施具有可行性。

3 疏水降壓方案

疏水降壓包含局部限量疏水和全域全量疏水兩種類型。前者是在煤層底板相對薄弱的區域進行局部的積水排放，使工作面的水頭小于安全值，放水量也可以達到要求，但使用這種方法時由于底板的突水通道仍然存在，還有發生突水的危險；而后者是在工作面上施工放水孔，通過鉆孔對積水進行排放，從而使工作面的水頭低于安全水頭值。對通過鉆孔煤層頂底板含水層中的水進行疏放，使含水層變成貧水層，實現對工作面的降壓開采，從而達到防治水的目的。在進行方案設計時要遵循系統運行可靠，充分利用現有設施及工程，不影響排水系統，不污染清水管路和適用性強的原則。

3.1 鉆孔布置

采用全域全量疏水降壓方法，疏水降壓孔可以選擇井下放水試驗孔，也可以進行專門的疏水鉆孔［5］。在51041 工作面上選擇疏水鉆孔方法來降壓，將鉆孔布置在煤層水力聯系密集的回風巷，疏水降壓鉆孔布置見圖2。工作面共布置鉆孔7 組，每組3 個鉆孔，共計21 個放水孔，總進尺1 688 m。

圖2 疏水降壓鉆孔布置

3.2 排水布置

依據礦區情況，排水管路布置見圖3。排水管使用Φ108 mm×16 mm的無縫鋼管。排水管路從井下鉆孔排水處直接連通地面。其中一條排水管路在到達地面后與回風巷的清水倉進行連通，另外一條通往礦區外面的排水口。將清水泵房和相關的配電硐室設在主副井井底車場的附近。在清水泵房內配備2 臺工作離心水泵及2 臺備用離心水泵，水泵型號為4DA8X9，具多級耐磨性能，泵的額定功率為45 kW，額定流量為54 m3/h，揚程為144 m。將底閥安裝在其中一個工作的水泵上，將吸水濾網安裝在其他三個水泵上。水泵可以采用噴射泵進行引水，也可以用真空泵進行引水。排水管路的水流速度為3 m/s，水流量為531 m3/h。正常工作時，清水泵房的排水能力約為1 350 m3/h，鋪設的排水管道長約190 m，排水能力最大約為1 800 m3/h，預計工作面的涌水量為2 100 m3/h。

圖3 排水管排水路線

4 應用分析

云岡礦51041 工作面具有很強的導水性，且上覆有老空積水，礦井內多次發生突水事故，最大突水量高達38 065 m3/h。由于存在帶壓開采的危險［6］，要對老空水進行疏水降壓。采用上述方法進行施工，疏放水量從剛開始的1 250 m3/h、2 150 m3/h，到現在的3 200 m3/h，采區水位高度也從+125 m降到-30 m，排水降壓效果較好，基本實現對工作面進行不帶壓開采。

5 結語

為了預防礦井開采中煤層受裂隙帶含水層及老空水的影響而發生的突水事故，根據云岡礦51041 工作面的水文地質概況，采用疏水降壓的防治水方法，并對疏水降壓的可行性進行分析，具體為：

1）采用全域全量疏水降壓方法，共施工放水鉆孔21 個，總進尺1 688 m，并鋪設190 m長的排水管，排水能力最大約為1 800 m3/h，可達到排干水的要求。

2）礦井疏水降壓的應用結果表明：通過疏水降壓，疏放水量從1 250 m3/h、2 150 m3/h 升高到3 200 m3/h； 采區水位高度從+125 m 降到-30 m，降壓效果較好，基本實現工作面的不帶壓開采。