煤矿采煤工作面水害综合防治技术应用.pdf

2020年第6期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-09-16 作者简介 杨宗生 （1983-） ， 男 （汉族） ， 山西晋城人， 助理工程师， 现从事地测防治水方面的技术管理工作。 煤矿采煤工作面水害综合防治技术应用 杨宗生* （山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司， 山西 晋城 048000） 摘要 为消除顶板水对工作面回采的威胁， 保证工作面安全回采， 以漳村煤矿2205工作面水害防 治为例， 首先工作面地质水文情况进行分析， 利用坑透对工作面异常区进行探测， 根据坑透结果， 利 用钻探手段对3个异常区及X10陷落柱情况进行排查， 设计排水钻孔对顶板水进行疏放， 以保证工 作面的安全生产。 关键词 工作面； 水害事故； 水文地质； 异常区； 钻探 中图分类号 TD745 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202006-0145-03 为保证煤矿工作面采煤作业的安全性， 圈定工作面 后需采取有效措施， 防治水害隐患， 进而开展回采工 作。防治措施主要包括分析矿井工作面地质条件、 矿井 水文地质情况， 采用物探手段检测工作面异常区域， 钻 探该区域对异常情况加以验证。疏导排放水[1-4]。因此， 以漳村煤矿2205工作面为工程背景， 探讨矿井水害综 合防治手段， 对于该矿工作面水害治理具有重要意义。 1矿井工作面水文地质情况分析 对工作面水文地质条件进行探测， 主要包括对地 质构造、 地表水分布、 采煤作业对含水层的影响等情况 进行探测。 1.1地质构造勘测 根据2205工作面底板等高线图， 该工作面由东向 西呈3倾斜。根据工作面三维地震勘探报告， 工作面 切眼向东1006m位置可能存在逆断层发育， 产状为95 ∠35、 H5m， 逆断层发育可能性无法排除。工作面切 眼向东10551136.5m位置存在三维地震陷落柱， 长短 轴长度分别为110m及50m。风巷距切眼东911.8m处 揭露一产状为108∠50、 H0.8m的逆断层； 运巷距切 眼东961.4m位置揭露一产状为90∠40、 H1.4m的逆 断层， 延伸至工作面中， 存在落差变大的可能。 1.2地表水分布 工作面中部地表横穿一条淤泥河。回采工作回采 后， 会导致地表下陷形成裂缝。由于该河流为季节性 河流， 可于枯水期开采作业， 定期观测河水流量。 1.3帯压情况 漳村矿井井田底板标高527623m， 奥灰水标高 646m， 水头高23119m， 突水系数0.0120.020。必须 严格禁止对导水地质构造的无计划揭露， 采取提前治 理措施， 以避免奥灰突水情况。 1.4工作面涌水量预计 2205工作面位于22采区北部， 其南部为以回采完 毕的2203工作面， 东、 西、 北三面， 均未开采。完成回采 作业后， 工作面会形成冒落裂隙带， 导通顶板Ⅶ、 Ⅷ、 Ⅸ 号含水层。依据2203工作面涌水量统计对2205工作 面涌水量进行预测。2205工作面完成初采老顶垮落 后， 工作面会大量涌水， 预计最大峰值为300m3/h， 平均 涌水量为200m3/h左右。 2工作面地质异常区物探排查 采用无线电波坑透探测方法， 对漳村煤矿2205工 作面异常地质情况进行探测， 分别在工作面切眼950 1030m处、 切眼11401250m处、 切眼14201520m处 发现3个异常区。根据坑透探测处理结果及工作面地 质及三维地震资料， 对工作面异常区是否存在断层情 况进行分析， 异常区区内存在断层， 在断层的影响下， 会导致较大范围煤层破碎带或顶板破碎带。 3工作面地质异常区钻探排查 3.1钻探孔布设 结合三维地震勘探报告与工作面实际情况， 以工 作面坑透结果为依据， 采用钻探排查的方式， 明确坑透 异常区及三维地震陷落柱区域。布置间距为10m的钻 探钻孔， 以查明工作面异常区内煤层富水情况， 确定是 145 2020年第6期西部探矿工程 否存在直径为 10m 以上的陷落柱及 3m 以上落差断 层。钻探孔布设规划设计如图1所示。 图1钻探孔布设平面示意图 3.2钻探排查结果 在实际钻探排查工作中， 钻孔结果如图2所示。 图2钻探排查结果示意图 根据图2对异常区钻探排查结果进行分析， 可知 （1） 一号坑透异常区。 ①受到地质条件变化及钻探排查工艺本身限制的 影响， 在实际钻探排查工作中， 部分区域缺少足够控 制， 在实际回采作业中， 需对钻探排查进行补充。 ②所布设的钻探孔， 在成孔之后并未出现涌水情 况， 可对钻探排查范围内的导水构造与局部富水区可 能性加以排除。 ③钻探工作中， 对一号坑透异常区勘探情况加以 记录， 结合风巷与运巷的剖面图， 确定钻探范围内存在 倾状方向N10E的宽缓背斜构造， 该构造两翼坡度的 最大值为6。当回采作业中， 达到该宽缓背斜构造时， 尤其背斜轴部位置， 顶板破碎可能较高。 ④一号异常区位置的西侧存在逆断层， 风巷产状 为 108 ∠50 、 H0.8m； 运 巷 产 状 为 90 ∠40 、 H 1.4m。根据钻探探测的实际情况， 工作面北部位置， 断 层呈近南北向分布， 产状并未发生大的变化。工作面 中南部位置， 断层方位呈西南向分布。在回采作业中， 该范围内， 尤其在断层发生产状变化的位置， 可能出现 顶板破碎情况。 （2） X10陷落柱情况。 ①钻孔勘探中， 成孔后的钻孔均未发现涌水情况， 可对钻探范围内存在的导水构造及局部富水区域的可 能性加以基本排除。 ②钻孔排查范围内不存在X10陷落柱。 ③结合三维地震勘探报告， 2205工作面中逆断层 具备发育可能， 产状为95∠35、 H5m。结合掘进工 作中， 2205工作面风巷与瓦斯巷所揭露的情况， 三维地 震断层呈挠曲构造， 倾角最大值16、 10m影响半径。 根据钻探排查情况， 三维地震断层存在可能较小， 若存 在地震断层， 则该断层落差在2m以下。 （3） 二号异常区。 ①受到地质条件变化及钻探探测自身工艺限制的 影响， 本次探测中存在部分缺乏控制的区域， 需在回采 作业之前， 对探测工作加以补充。 ②钻探工作中， 无论运巷还是瓦斯巷， 钻孔成孔之 后， 均未出现涌水情况， 可对钻探排查范围内导水构造 与局部富水区存在的可能基本排除。 ③结合钻探倾角， 二号异常区倾角由两侧向中间 下降， 整体呈现出凹陷状态。 （4） 三号异常区。 ①对应钻孔具体位置， 受运巷及瓦斯巷受到现场 条件与钻探勘查工艺本身的影响， 根据钻孔终孔深度 与揭煤位置， 可对钻探范围内的陷落柱及3m以上落差 断层的存在基本排除， 但无法对探测范围内存在的夹 矸透镜体发育情况与煤层起伏变化可能加以排除。 ②钻探勘查过程中， 无论运巷还是瓦斯巷， 钻孔成 孔之后， 均未出现涌水情况， 可对钻探排查范围内导水 构造与局部富水区存在的可能基本排除。 4上覆岩层水疏放 计算过程中， 平均煤厚为6m， 按照煤厚的15倍计 算经验公式， 该工作面存在90m高的导水裂隙带。对 2205工作面内漳-71钻孔、 漳-39、 漳-42钻孔资料进 行分析， 工作面以上Ⅶ号含水层下距煤层顶面1.54 4.1m存在6.28.3m厚度的含水层， 存在灰白色中、 细 粒砂岩； Ⅷ含水层下， 与煤层顶面之间存在 14.45 45.2m的距离， 存在0.851.6m厚度的含水层， 存在灰 色细粒砂岩； Ⅸ号含水层与煤层顶面之间相距65.8 72.7m， 有1.911m厚度的含水层， 灰白色中、 细粒砂 岩； Ⅹ号含水层与煤层顶面相距 101.2122.9m， 有 1.64.1m厚度的含水层， 灰白色中粒砂岩。根据含水 层及砂岩情况进行分析， 在回采作业中， 含水层所包含 的砂岩层及煤层以上的含水层， 会对工作面水源起到 146 2020年第6期西部探矿工程 补充作用。为减少老顶初垮时的涌水量， 应提前打设 钻孔疏放煤层顶板水， 为回采作业安全提供保障。 4.1钻孔布设设计 开展探查工作的目的在于减少工作面初采工作中 的涌水量， 对2205工作面3号煤顶板含水层及砂岩层含 水进行疏放。钻探工作中， 钻孔平面布设如图3所示。 图3顶板含水疏放钻孔布设示意图 4.2施工成果 对2205工作面顶板含水进行疏放施工时， 施工钻 孔12处， 共计2791m， 下套管201.4m， 每个钻孔平均下 套管16.7833m。施工的钻孔中有11个钻孔基本无涌 水情况， 仅C-2号孔涌出较多水， 因而， 需将观测重点 放在 C-2 号孔， 并做好涌水情况观测信息收集与记 录。当 C-2 号钻孔涌水量下降至稳定状态， 则可对 2205工作面进行回采作业。 5结语 经过以上处理， 对2205工作面水害情况加以基本 排除， 可对工作面进行回采作业。本次主要针对单一 案例分析， 考虑到不同地质条件、 不同水文条件下的工 作面水害情况各据差异， 在实际放置水害的过程中， 应 有针对性地采取相应措施完成水文地质勘察工作， 采 取不同的水害防治措施。 参考文献 [1]严强.煤矿采煤工作面水害防治方法探讨[J].煤,2014,2312 78-80. [2]袁崇亮.天祝煤矿采煤工作面水害成因与治理措施[J].甘肃 科技,2003775-30. [3]邢奇生,孟宪义,安栓志,李飞.车集煤矿采煤工作面底板水害 防治[J].煤炭工程,2003716-17. [4]夏新川,熊化云.白集煤矿急倾斜采煤工作面顶板水害治理 [J].江苏煤炭,2001122-23. 􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕 􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕􀤕 （上接第142页） 参考文献 [1]李强,张林,吉勒克补子,李应涛.贵州深切河谷斜坡地带断裂 构造控水特征及岩溶水勘查开发以沿河县板场钟南断 裂构造控水构造为例[C]//贵州省岩石力学与工程学会2010 年度学术交流论文集. [2]李强,吉勒克补子.河南省登封市送表地区岩溶水赋存规律 及找水建议[J].贵州地质,2012. [3]田小林,李强.舟水桥向斜地下水赋存特征及开发建议[J].四 川地质学报,2017. [4]洪运胜,李强,易世友.岩溶山区深切河谷河间地块地下水找 水方法以贵州省黔西南州晴隆县为例[J].四川地质学 报,2018. （上接第144页） 参考文献 [1]内蒙古地矿局.内蒙古自治区区域地质志[M].地质出版社, 1993. [2]李文国,等.内蒙古岩石地层[M].中国地质大学出版社,1996. [3]唐克东,等.中朝板块北侧褶皱带构造演化及成矿规律[M].北 京北京大学出版社,199696-243. [4]邵和明,张履桥,等.内蒙古自治区主要成矿区 （带） 和成矿系 列[M].中国地质大学出版社,2001. [5]1 ∶ 20万白乃庙幅区域地质调查报告[R].内蒙古自治区区域 地质测量队,1975. [6]1 ∶ 20万查干敖包幅区域地质调查报告[R].内蒙古自治区区 域地质测量队,1976. [7]张拴宏,赵越,刘建民,等.华北地块北缘晚古生代早中生代 岩浆活动期次、 特征及构造背景[J].岩石矿物学杂志,2010, 296824-842. 147