宋 杰

（山西高平科興米山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

礦井水害是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一，一旦發(fā)生事故其帶來的損失和人員的傷害將不可估量。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，水害事故的發(fā)生次數(shù)僅次于瓦斯爆炸和頂板事故；而水害事故的死亡人數(shù)僅次于瓦斯事故的死亡人數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中對礦井涌水量的精準(zhǔn)預(yù)測對于后期生產(chǎn)中優(yōu)化布置排水設(shè)備并制定排水措施具有極大的指導(dǎo)意義，同時(shí)其也是保障煤礦安全生產(chǎn)提升經(jīng)濟(jì)效益的主要保障之一[1]。本文以山西高平科興米山煤業(yè)有限公司為例開展研究，并針對性地為后期防治水工作提出建議。

1 工程概況

井田內(nèi)主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）和石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），具體以米山煤業(yè)正在開采的15112 工作面為例開展研究，該工作面的主要情況如下：

該工作面位于井田的東部，井下標(biāo)高742 m～817 m，地面標(biāo)高920 m～971 m，蓋山厚度約178 m～154 m，地表為耕地、山林等，無建筑、河流及其他設(shè)施。15112 綜采工作面北部為15113 準(zhǔn)備工作面，東部為保安煤柱，南部為15111 采空區(qū)，西部為15104運(yùn)輸巷。15112 工作面所采煤層為15 號煤，工作面長度145.5 m，走向長度1 227 m（運(yùn)輸順槽1 235 m，回風(fēng)順槽1 220 m）。15113 工作面回風(fēng)順槽為矩形斷面，凈寬為4.5 m，凈高為3 m，方位角91°，巷道在掘進(jìn)過程中每隔150 m 布置一個鉆場，鉆場規(guī)格4 m×4 m×3 m。15113 工作面回風(fēng)順槽與15112 工作面運(yùn)輸順槽之間的凈煤柱為20 m。工作面頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 工作面頂?shù)装迩闆r

1.1 地質(zhì)構(gòu)造情況

根據(jù)礦井地質(zhì)報(bào)告及掘進(jìn)過程中揭露的地質(zhì)資料顯示，煤層走向東北方向，煤層傾角3°～8°，煤質(zhì)較軟，賦存穩(wěn)定。煤層頂板局部破碎或有溶洞。

1.2 水文情況

15112 工作面地表均為荒山、坡山、溝谷地形，覆蓋厚度178 m～154 m，無河流穿過工作面，只是在雨季時(shí)由于地表水的積聚下滲和3 號采空區(qū)積水，使15#煤上部的含水層充水性增強(qiáng)，會出現(xiàn)局部15#煤老頂K2 灰?guī)r富水現(xiàn)象，水文地質(zhì)條件為中等類型。預(yù)計(jì)15112 綜采工作面正常涌水量為3 m3/h。

2 井下“兩帶”高度預(yù)測結(jié)果分析

為后期防治水工作提出有效的建議，本文通過對工作面導(dǎo)水裂隙帶和垮落帶實(shí)測結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1 “兩帶”觀測方案設(shè)計(jì)

結(jié)合15112 工作面的實(shí)際情況和本次觀測的實(shí)際時(shí)間要求，將其導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測點(diǎn)設(shè)在位于15112 工作面相鄰15113 工作面的回風(fēng)順槽內(nèi)。

導(dǎo)水裂隙帶觀測孔：15112 工作面煤層開采平均厚度為3.0 m，根據(jù)分析及以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在15113工作面回風(fēng)順槽的觀測點(diǎn)位置施工2 個導(dǎo)水裂隙帶，并在實(shí)際觀測過程中應(yīng)對觀測流程和精度進(jìn)行嚴(yán)格控制；其中，所獲得的鉆孔的數(shù)據(jù)即可推算出導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度。若所觀測的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，應(yīng)重新對數(shù)據(jù)進(jìn)行測定。

導(dǎo)水裂隙帶對比孔：當(dāng)上述所施工的導(dǎo)水裂隙帶觀測孔所得數(shù)據(jù)不足以反映導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度時(shí)，還需在未被開采的區(qū)域重新設(shè)定觀察孔。最終，通過對導(dǎo)水裂隙帶觀測孔和導(dǎo)水裂隙帶對比孔的觀測結(jié)果得出準(zhǔn)確的導(dǎo)水裂隙帶高度。

垮落帶觀測孔：從15113 工作面回風(fēng)順槽向15112 工作面鉆2 個傾斜孔觀察垮落帶高度。由于鉆孔需穿過15112 工作面采空區(qū)上方破碎巖體，因此，為防止破碎巖塊或不規(guī)則孔壁對觀測的影響，施工完鉆孔后對鉆孔進(jìn)行高壓水沖孔，要求鉆桿撤出后立即進(jìn)行觀測。同時(shí)在鉆孔過程中，記錄鉆孔的卡鉆、鉆進(jìn)速度等情況[2]。

根據(jù)計(jì)算，設(shè)計(jì)各鉆孔的要素見表2 所示。

表2 15112 工作面“兩帶”高度觀測鉆孔要素表

導(dǎo)水裂隙帶高度觀測與對比孔布置剖面圖，如圖1 所示。

圖1 15112 工作面“兩帶”觀測鉆孔布剖面圖

2.2 “兩帶”觀測結(jié)果分析

2.2.1 導(dǎo)水裂隙帶實(shí)測結(jié)果分析

經(jīng)實(shí)測結(jié)果分析可知，15112 工作面導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為42.28 m。綜合所觀測位置煤層的平均厚度為3 m。經(jīng)計(jì)算可得，15112 工作面的實(shí)際裂采比為14.09。

2.2.2 垮落帶實(shí)測結(jié)果分析

通過對4#和5#鉆孔孔壁進(jìn)行微觀分析，發(fā)現(xiàn)4#、5#鉆孔所穿巖層均出現(xiàn)明顯的破裂分區(qū)現(xiàn)象，且兩鉆孔破裂分區(qū)具有較強(qiáng)的對比性。通過對兩鉆孔全長測段孔壁裂隙發(fā)育情況的分析，推斷4#孔深35.7 m、5#鉆孔30.30 m為該鉆孔測定的15112 工作面垮落帶上部邊界。根據(jù)實(shí)測鉆孔軌跡可知，4#鉆孔的實(shí)際傾角為21.83°，5#鉆孔的實(shí)際傾角為27.42°，可以計(jì)算得到：

4#鉆孔實(shí)際觀測垮落帶高度距15#煤層垂直距離H4=35.7×sin（21.83°）=13.28 m；

5#鉆孔實(shí)際觀測垮落帶高度距15#煤層垂直距離H5=30.3×sin（27.42°）=13.95 m。

因此，可以認(rèn)為，15#工作面垮落帶實(shí)際發(fā)育高度約為13.95 m。

在上述對工作面“兩帶”實(shí)測結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，采用富水系數(shù)比擬法對礦井的涌水量進(jìn)行預(yù)測[3]，并得出如下結(jié)論：在正常開采條件下，當(dāng)米山煤業(yè)開采15 號煤層生產(chǎn)能力達(dá)到90 萬t/a 時(shí)，預(yù)計(jì)礦井正常涌水量243 m3/d（10.13 m3/h），礦井最大涌水量311 m3/d（12.96 m3/h）。

3 礦井涌水量防治水工作建議分析

在上述對工作面“兩帶”實(shí)測結(jié)果分析和礦井涌水量預(yù)測結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，為保證工作面的安全生產(chǎn)，應(yīng)從以下幾方面開展防治水工作：

1）做好地表巡查工作，及時(shí)派專人充填塌陷裂縫，尤其是溝谷內(nèi)的裂縫，以防地表水進(jìn)入井下。

2）強(qiáng)化井田及周邊煤礦采（古）空區(qū)積水的調(diào)查及防治工作。

3）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，加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)人員和探放水作業(yè)人員的培訓(xùn)和教育，提高其防治水技術(shù)水平和管理水平。嚴(yán)格執(zhí)行“物探先行、鉆探驗(yàn)證、化探跟進(jìn)”和“有掘必探”的探放水原則，嚴(yán)格落實(shí)和強(qiáng)化探放水現(xiàn)場管理[4]。

4）完善、維護(hù)主排水系統(tǒng)、抗災(zāi)排水系統(tǒng)及工作面排水系統(tǒng)，確保能正常使用，水泵、水管、閘閥、排水用的配電和輸電線路，都必須經(jīng)常檢查和維護(hù)[5]。

5）礦方應(yīng)按照2016 年《煤礦安全規(guī)程》的要求對15 號煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行實(shí)測。

4 結(jié)論

煤礦透水事故為影響安全生產(chǎn)的主要制約因素。實(shí)現(xiàn)對煤礦有效的防治水是建立在對涌水量精準(zhǔn)預(yù)測基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。本文以15112 工作面為例在對其涌水量預(yù)測的基礎(chǔ)上制定了有效的防治水工作建議，并總結(jié)如下：

1）15112 工作面導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育至距工作面頂板42.28 的泥巖層，工作面垮落帶實(shí)際發(fā)育高度約為13.95 m，對應(yīng)的預(yù)測結(jié)果為：礦井正常涌水量243 m3/d（10.13 m3/h），礦井最大涌水量311 m3/d（12.96 m3/h）。

2）在上述分析基礎(chǔ)上，應(yīng)在日常生產(chǎn)中加強(qiáng)對涌水量的實(shí)測和預(yù)測，及時(shí)對防治水方案進(jìn)行修正，以保證綜采工作面的安全生產(chǎn)。