李吉祥

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團 臺頭前灣煤業(yè)有限公司，山西 鄉(xiāng)寧 042103）

工作面水患是制約礦井安全高效開采的重要因素，尤其在采場上方存在含水層的情況下，一旦在開采區(qū)域進行回采活動，可能會導致上方頂板發(fā)生周期性斷裂，導水裂隙帶從工作面頂板一直延伸到含水層中，造成工作面頂板淋水、采空區(qū)積水等現(xiàn)象，導致圍巖強度降低，巷道容易發(fā)生失穩(wěn)，嚴重威脅工作面安全生產(chǎn)。因此，探究含水層下工作面安全開采技術，已成為當前諸多礦井安全高效開采的重要課題。本文以臺頭前灣煤業(yè)2S202工作面為工程背景，采用瞬變電磁探測技術、頂板超前探放水技術和工作面合理開采相結(jié)合的方式進行2S202工作面水害綜合治理工作。

1 概 況

臺頭前灣煤業(yè)2S202綜采工作面位于礦井運輸大巷以南，東、西、南向為保安煤柱。工作面地面標高+1 329.1—+1 416.4 m，井下標高+1 185—+1 210 m，工作面開采2號煤層，平均厚度3.0 m、平均傾角5°，煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、賦存狀態(tài)簡單。2S202工作面直接頂為3.0～5.0 m黑灰色泥巖、粉砂巖及細粒砂巖，老頂為7.0 m厚的深灰色泥巖、粉砂巖，頂板含0～2層黑灰色泥巖夾矸，底板為2.0 m的泥巖、粉砂巖等，其物理力學參數(shù)見表1。

表1 2S202頂?shù)装逦锢砹W參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of roof and floor of No.2S202 face

2S202工作面頂板上方存在K8砂巖含水層，距離2號煤層35.0 m，含水層性質(zhì)為弱富水層。根據(jù)附近礦井開采實際情況，回采后垮落帶、導水裂隙帶可直接連通含水層，使含水層直接向工作面產(chǎn)生充水，在2S202工作面巷道掘進過程中，頂板有淋水現(xiàn)象。因此，針對該工作面實際情況，需要著重對工作面開采過程中的防治水措施進行探究。

2 2S202工作面含水層下開采危險性分析

2.1 導水裂隙帶高度

一般來說，隨著工作面的不斷推進，上方頂板會因礦山壓力的作用產(chǎn)生變形移動和破壞，根據(jù)不同的破壞狀態(tài)，可以將上覆巖層劃分為垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。對于存在上方含水層的開采工作面而言，其垮落帶和裂隙帶對導水通道起到至關重要的影響。

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》規(guī)定，按照2S202工作面頂?shù)装鍘r性參數(shù)，對于近水平煤層中的中硬頂版工作面開采垮落帶和裂隙帶計算公式如下：

根據(jù)以上公式，代入開采高度M=3.0 m，計算后可知2S202工作面垮落帶高度為6.56～11.56 m，裂隙帶高度為30.11～41.31 m，即2S202工作面垮落帶高度在9.0 m左右，裂隙帶高度在35.0 m左右，表明K8砂巖含水層對2S202工作面開采存在涌突水危險。

2.2 礦壓顯現(xiàn)對工作面影響分析

根據(jù)周邊相鄰工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律推測，2S202工作面頂板初次來壓步距為30.0 m、周期來壓步距為15.0 m。工作面從切眼向前推進時，0.5 m厚的偽頂首先脫落，繼續(xù)向前推進3～5 m的直接頂逐漸垮落，直至推進至30.0 m時，7.0 m厚的基本頂出現(xiàn)第一次垮落，此時上方裂隙發(fā)育仍未貫穿至含水層。繼續(xù)推進工作面，裂隙逐漸向含水層位置發(fā)育，出現(xiàn)貫通，此時貫通導水主要向采空區(qū)流動，工作面和巷道受影響較為有限。

隨著2S202工作面繼續(xù)向前推進，基本頂及上方頂板垮落距離逐漸縮短，導水裂隙貫通速度和范圍逐漸增加，裂隙內(nèi)積水逐漸出現(xiàn)。此時隨著時間的增加，采空區(qū)和頂板上方積水會向工作面和巷道涌入，產(chǎn)生突水危險。

3 2S202工作面防治水實踐措施

防治水的關鍵是能夠準確判定水量大的位置，并采取有效封堵、疏通等措施。根據(jù)當前防治水技術特點并結(jié)合臺頭前灣煤業(yè)2S202工作面實際，采用瞬變電磁探測、超前疏干及合理設計開采方式等措施進行綜合治理。

3.1 瞬變電磁探測技術

瞬變電磁探測法是確定含水層富水程度和導水裂隙帶發(fā)育程度的有效方式之一。對2S202工作面導水裂隙帶進行探測，分別在99、84、69、54、39、24、9號支架處向頂板進行剖面探測，測試起始角度為與煤壁法線呈45°，以15°為間隔，按照逆時針方向共計測試7個角度至135°位置，如圖1所示。

圖1 探放水鉆孔布置剖面圖Fig.1 Layout profile of water exploration and drainage drilling hole

3.2 頂板超前探放水技術

由于2S202工作面傾角較小，頂板含水層富水性一般，可以采用邊開采邊超前疏干的方式進行排水，保證工作面正常勻速開采并使含水層的水盡量流向采空區(qū)，防止采場上方出現(xiàn)淋水現(xiàn)象。根據(jù)導水裂隙帶發(fā)育高度，并結(jié)合工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，確定超前探放水鉆孔垂高為35.0 m，覆蓋含水層；水平寬度取為采寬的1/3，為30.0 m；鉆孔在巷道中的排距以周期來壓步距為依據(jù)，取15.0 m；鉆孔直徑為50 mm，長度為46.0 m，傾角為49.4°。鉆孔布置剖面如圖2所示。

圖2 探放水鉆孔布置剖面圖Fig.2 Layout profile of water exploration and drainage drilling hole

3.3 工作面合理開采

合理的安全開采措施是實現(xiàn)2S202工作面正常生產(chǎn)的重要手段，在回采中制定的防治水措施，具體如下：①回采時必須對回采工作面進行交叉探水；②完善工作面的防排水系統(tǒng)，運輸巷道、回風巷道必須各安設1趟3寸排水管路，配備專用排水泵；③設專人負責檢查、維護排水設備及管路，必須保證排水設備的暢通，保證完好；④對防治水工作的重點區(qū)域必須制定專項防治水措施，嚴格貫徹落實；⑤在工作面回采時，密切注意各處漏水、涌水變化量，發(fā)現(xiàn)異常時進行充分處理后，方可繼續(xù)正?；夭?。

4 工作面安全開采效果

2S202工作面布置探放水鉆孔60個，累計泄水量19 200 m3。通過探放水的疏干作用，頂板淋水現(xiàn)象明顯減弱，垮落到采空區(qū)的頂板巖石濕潤性明顯降低，采空區(qū)積水現(xiàn)象明顯改善。

對巷道頂板富水區(qū)域進行圍巖變形進行監(jiān)測，如圖3所示。可以看出，隨著時間的推移，巷道圍巖變形量逐漸趨于穩(wěn)定，變形速度逐漸趨于0，說明工作面兩巷未受積水影響，確保了巷道可以長期安全高效開采。采用行之有效的探放水措施后，也減少了2S202工作面的配巷工程量和搬家移動設備的次數(shù)，延長了礦井服務年限，取得了良好的經(jīng)濟社會效益。

圖3 頂板富水巷道圍巖變形分析Fig.3 Deformation analysis of surrounding rock of roof water abundance roadway

5 結(jié) 語

通過導水裂隙帶發(fā)育高度和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律對臺頭前灣煤業(yè)2S202工作面上覆含水層對工作面開采的危險性進行了分析，確定采用瞬變電磁探測、超前疏干排放水和合理開采等綜合措施進行工作面防治水管理。實踐表明，采取這些措施后，頂板淋水現(xiàn)象明顯減弱，巷道圍巖變形量逐漸趨于穩(wěn)定，取得了良好的社會經(jīng)濟效益，避免了涌突水事故的發(fā)生，保障了礦井長期安全高效生產(chǎn)。