朱南京，陳加更，寧鵬

(陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

煤層為主要含水層礦井揭煤方案研究

朱南京，陳加更，寧鵬

(陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

根據(jù)小紀(jì)汗煤礦井田地質(zhì)報告，礦井屬水文地質(zhì)簡單礦井，但進(jìn)風(fēng)立井井筒在揭露煤層時發(fā)生涌水情況，水量達(dá)89 m3/h以上，水壓達(dá)2.3 MPa，井筒無法繼續(xù)施工。經(jīng)過論證，小紀(jì)汗煤礦#2煤層為主要含水層，煤層水主要為靜儲水。通過采取優(yōu)化巷道布置、增加臨時排水系統(tǒng)能力、井下與地面鉆孔疏放水等措施，保證回風(fēng)大巷在含水層中順利落底揭煤。

小紀(jì)汗煤礦；煤層主要含水層；揭煤；疏放水；排水系統(tǒng)

0 引言

根據(jù)小紀(jì)汗煤礦井田地質(zhì)勘查報告，小紀(jì)汗煤礦#2煤層頂板砂巖含水巖組裂隙承壓水層的巖性為中、粗粒長石砂巖，厚21.20～60.45 m，涌水量為2.70～3.46 m3/h。而小紀(jì)汗煤實(shí)際揭露的水文地質(zhì)情況與勘探報告差距較大，進(jìn)風(fēng)立井在施工至320 m落底揭煤時發(fā)生涌水，水量達(dá)89 m3/h以上，水壓達(dá)2.3 MPa，井筒無法繼續(xù)施工。礦井水害已成為影響礦井施工及安全的最主要因素，嚴(yán)重影響礦井建設(shè)進(jìn)度。

1 礦井揭煤實(shí)施方案

1.1 抬高進(jìn)風(fēng)立井碼頭門

進(jìn)風(fēng)立井碼頭門抬高23.7 m，井底車場及附屬工程避開煤層，提前布置在巖層內(nèi)，礦井有效疏放水后，井底車場通過斜巷落底揭煤，保證風(fēng)險可控、在控；同時，對已揭露進(jìn)風(fēng)立井的涌水點(diǎn)采取注漿堵水等措施進(jìn)行封閉。立井區(qū)域碼頭門抬高后，回風(fēng)立井落底后進(jìn)行改絞，利用改絞設(shè)備施工進(jìn)風(fēng)立井井底車場巷道，盡快實(shí)現(xiàn)回風(fēng)立井與進(jìn)風(fēng)立井短路貫通，形成臨時通風(fēng)系統(tǒng)[1]。主斜井采用不直接落底方式，井筒施工至1 100 m處施工探放水硐室，通過兩個可控探放水鉆孔探查主斜井位置煤層頂板位置；井筒施工至距離煤層頂板7 m處防治水警戒位置，避開涌水層位，通過臨時運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷與井底車場連接，解決二期工程施工的提升問題。

1.2 完善井下施工臨時排水系統(tǒng)

回風(fēng)立井井底車場形成后，徹底解決了臨時水倉施工的空間布置問題，優(yōu)先安排井底臨時水倉及兩立井間聯(lián)絡(luò)巷道施工，盡快形成排水系統(tǒng)。立井井底#1，#2臨時水倉總?cè)萘繛? 000 m3，其中#1臨時水倉容量為300 m3，#2臨時水倉容量為700 m3，水倉排水能力按照600 m3/h配備，配套安裝臥式離心泵等排水設(shè)備。#1臨時水倉安裝4臺MD280臥式離心泵(2用2備)、2臺MD155臥式離心泵(1用1備)：2臺MD280水泵經(jīng)2趟?219 mm管路接至進(jìn)風(fēng)立井?377 mm管路，?377 mm管路延長至地面，出口增加1趟?219 mm PE管路至排水點(diǎn)；2臺MD155水泵分別通過2趟?159 mm管路經(jīng)sj2鉆孔?245 mm管路排至地面。#2臨時水倉安裝4臺MD155臥式離心泵，水泵經(jīng)主斜井2趟?159 mm管路排至地面保持不變，立井區(qū)域臨時排水能力將增大至1 000 m3/h以上。同時，在回風(fēng)大巷揭煤點(diǎn)提前鋪設(shè)3趟?108 mm排水管和1趟?159 mm排水管，確保揭煤時工作面排水能力。參考進(jìn)風(fēng)立井揭露涌水情況，回風(fēng)大巷落底揭煤時涌水量預(yù)計在430 m3/h左右，上述管路敷設(shè)已滿足該排水要求。排水系統(tǒng)參數(shù)見表1。

1.3 井底車場施工探水孔進(jìn)行水文地質(zhì)分析

為確保小紀(jì)汗煤礦立井區(qū)域二期工程安全施工，堅(jiān)持“有疑必探，先探后掘”的原則，為提前探明富水區(qū)范圍及水量，先后在巷道內(nèi)施工5個探水孔：在回風(fēng)立井臨時水泵房內(nèi)施工2個探水孔，在回風(fēng)大巷施工1個探水孔，在接近揭煤點(diǎn)附近探放水鉆孔硐室內(nèi)施工2個探水孔。前期通過探水孔水量、水壓分析富水區(qū)層位及涌水量，后期通過探水孔排水，為落底揭煤創(chuàng)造有利條件。探水孔同時可作為疏放水工作觀測孔，通過水量水壓的變化分析降水漏斗半徑及疏放水效果[2]。定期對不同層位的涌水進(jìn)行水樣全分析，對涌水進(jìn)行持續(xù)觀測，通過水質(zhì)變化進(jìn)一步分析涌水來源。

表1 排水系統(tǒng)參數(shù)

表2 鉆孔探水施工數(shù)據(jù)

為更好地分析此次探水結(jié)果，為揭煤施工提供參考依據(jù)，對#1～#5探水孔施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體見表2。

通過分析，#4鉆孔距回風(fēng)大巷揭煤點(diǎn)最近，對該區(qū)域含水層位分析更具有參考價值，故暫定標(biāo)高892.327 m為含水層位警戒線。在煤層頂板及進(jìn)入煤層后有2次水量遞增過程，初步分析含水層為煤層頂板砂巖含水層及煤層含水層，涌水為承壓裂隙水。根據(jù)上述分析，回風(fēng)西巷在施工過程中全程實(shí)施“有掘必探、先探后掘”原則，并根據(jù)含水層警戒位置合理安排現(xiàn)場施工進(jìn)度，在施工至標(biāo)高893 m時停止掘進(jìn)，進(jìn)入落底揭煤準(zhǔn)備階段。

通過長期對鉆孔涌水量、水壓進(jìn)行測定分析可知：隨著放水時間的推移，鉆孔出水量不斷減少，鉆孔水壓逐漸降低，證實(shí)涌水水源補(bǔ)給不充分，此富水區(qū)域具有可疏放性；同時，在鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)，鉆孔進(jìn)入煤層后鉆進(jìn)穩(wěn)定性較差，初步判定煤層裂隙比較發(fā)育，因此考慮煤層水主要為裂隙靜儲水。

1.4 采用地面井下綜合疏放水法

前期立井區(qū)域探放水孔抽排水情況表明，探水孔水頭壓力、單個鉆孔涌水量有一定下降；同時，根據(jù)電法勘探資料分析，含水層只是區(qū)域分布，含水量具有總量上的限制。根據(jù)以上資料并參考國內(nèi)其他類似礦井防治水經(jīng)驗(yàn)，疏降水可有效降低水頭高度，形成降水漏斗，是解決富水區(qū)施工、回采的最佳手段。結(jié)合小紀(jì)汗煤礦自身情況，最終確定采用地面井下綜合疏放水法進(jìn)行超前疏放水。相比井下疏放水，地面疏放水具有工程量小、電耗低、維修量小、強(qiáng)排線路短、區(qū)域限制性小等諸多優(yōu)點(diǎn)。在回風(fēng)大巷斜巷揭煤前，小紀(jì)汗煤礦開始在回風(fēng)大巷揭煤區(qū)域地面施工#1地面疏放水鉆孔，鉆孔鉆進(jìn)層位至煤層底板5 m以下，鉆孔深度為350 m，鉆孔設(shè)計內(nèi)徑為? 350 mm，鉆孔內(nèi)安裝排水能力不小于100 m3/h的排水設(shè)備。

2 回風(fēng)大巷揭煤

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，#1疏放水孔排水量為60～80 m3/h，累計排水量達(dá)100 000 m3以上。井下疏放水主要采用前期施工的探水鉆孔及工作面釋放涌水，回風(fēng)大巷工作面及#5鉆孔排水量達(dá)150 m3/h，累計排水已達(dá)300 000 m3以上。井底疏放水孔水量水壓觀測顯示，該區(qū)域已形成明顯降水漏斗。其中#4探水孔水量由最初的29.4 m3/h降至6.0 m3/h，水壓由最初的2.4 MPa降至0.3 MPa。#5探水孔水量由最初的50.0 m3/h降至15.0 m3/h，水壓由最初的2.7 MPa降至1.6 MPa。在回風(fēng)大巷排水系統(tǒng)形成后，探放水孔水壓、水量大幅度減少，回風(fēng)大巷落底揭煤已具備條件?；仫L(fēng)西巷在施工至176.6 m時，巷道逐漸進(jìn)入揭煤階段，巷道開始明顯出現(xiàn)涌水，水量達(dá)90 m3/h左右，巷道能夠正常安排掘進(jìn)施工。通過不斷向前掘進(jìn)，涌水量變化不大，遠(yuǎn)小于初期預(yù)測的400 m3/h，再次證明疏放水方案取得了階段性成功。為防止涌水影響工作面掘進(jìn)，小紀(jì)汗煤礦采用千米鉆機(jī)進(jìn)行超前疏放水，同時在巷道分階段施工臨時水窩對涌水進(jìn)行攔截，保證工作面正常掘進(jìn)施工。

3 落底揭煤后續(xù)具體工作措施

小紀(jì)汗煤礦回風(fēng)大巷落底揭煤不僅為后期富水區(qū)巷道施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，還為周邊類似地質(zhì)條件礦井施工提供了借鑒。多途徑疏放水方案的順利實(shí)施使該礦下一步防治水工作措施更加清晰明確，具體工作措施如下。

(1)明確疏放水工程為解決涌水問題的主要手段，預(yù)先對副斜井落底區(qū)域、大巷及首采工作面進(jìn)行疏降水，為后期施工提供有利條件。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際揭露情況及專家分析，采取超前疏放水工作是解決涌水威脅最有效的手段，在工作面順槽開口處附近施工3個地面疏放水孔，兼顧順槽及大巷超前疏放水，提前形成降水漏斗，為后期施工回采提供有利條件。

(2)堅(jiān)持“有疑必探、先探后掘”的原則，利用主運(yùn)大巷開口施工井下超前探水孔，進(jìn)行井下超前疏放水。電法勘探結(jié)果顯示，回風(fēng)大巷落底變平區(qū)域富水性較弱，暫時撤出綜掘機(jī)，在變平區(qū)域炮掘施工回風(fēng)大巷與主運(yùn)大巷聯(lián)絡(luò)巷，通過該段聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行超前探放水，為后期開采創(chuàng)造有利條件。超前疏放水首先采用礦用鉆機(jī)進(jìn)行短距離探水(礦用鉆機(jī)每次探深為150 m)，后期通過調(diào)研國內(nèi)先進(jìn)千米鉆機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超前遠(yuǎn)距離探放水。

(3)進(jìn)一步完善井下排水系統(tǒng)，提高整體排水能力。進(jìn)風(fēng)立井井底車場#1，#2臨時水倉總蓄水能力為1 000 m3，整體排水系統(tǒng)仍面臨較大壓力。隨著綜掘施工的推進(jìn)，陸續(xù)施工#3，#4臨時水倉和其他臨時中轉(zhuǎn)水倉，同時不斷完善井下排水系統(tǒng)、地面鉆孔強(qiáng)排系統(tǒng)等多個排水系統(tǒng)，確保總體排水能力滿足現(xiàn)場需要。施工過程中，還將分階段施工若干臨時水窩，對上部涌水進(jìn)行有效攔截，保證工作面正常施工。

(4)盡快組建專門的防治水隊(duì)伍，配齊專用探放水設(shè)備。根據(jù)小紀(jì)汗煤礦探放水鉆孔探查及實(shí)際涌水情況，小紀(jì)汗煤礦屬水文地質(zhì)復(fù)雜礦井，為保證井巷工程掘進(jìn)施工安全，按《煤礦防治水規(guī)定》總則第5條規(guī)定：“煤礦企業(yè)、礦井應(yīng)當(dāng)按照本單位的水害情況，配備滿足工作需要的防治水專業(yè)技術(shù)人員，配齊專用探放水設(shè)備，建立專門的探放水作業(yè)隊(duì)伍。水文地質(zhì)條件復(fù)雜、極復(fù)雜的煤礦企業(yè)、礦井，還應(yīng)當(dāng)設(shè)立專門的防治水機(jī)構(gòu)。”設(shè)立相應(yīng)的人員及機(jī)構(gòu)。

[1]張榮立，何國緯.采礦工程設(shè)計手冊：礦井水害防治[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003：3587-3588.

[2]牛宜耕.礦井高壓含水層探放水鉆孔的實(shí)踐及其應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2004(4)：77.

(本文責(zé)編：劉芳)

朱南京(1981—)，男，江蘇東海人，副總工程師，工程師，從事礦井一通三防、采掘技術(shù)管理方面的工作(E-mail:yunhai320722@163.com)。

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