神东哈拉沟煤矿22208综采面采前水害评价

张志杰

(神华神东煤炭集团公司哈拉沟煤矿，陕西 榆林 719315)

0 引言

煤矿水害与矿井瓦斯、火灾等并列为主要威胁矿井安全生产的灾害之一。近年来，在进行浅埋、层间距小的煤炭开采时，由于煤层上覆岩层较薄，开采的过程中上覆岩体垮落并波及上覆松散含水砂层、上覆采空区，水砂或上覆老空水通过裂隙涌入开采工作面或巷道，发生突水溃砂事故，严重威胁矿井的生产安全。由于突水溃砂事故具有突发性、持续性并能引发次生灾害，致使矿井受到破坏，生产设备损毁，人员伤亡。因此，提前采取水害防治措施并进行采前水害安全评价，对于煤矿安全生产，具有重要的意义。

1 水文地质概况及22208综采面地质条件

1.1 哈拉沟煤矿水文地质概况

哈拉沟煤矿第四系松散含水层的富水性较强，为哈拉沟煤矿主要的含水层，包括第四系河谷冲积层潜水和上更新统河、湖积层潜水。

第四系河谷冲积层潜水主要分布于井田西部乌兰木伦河沿岸。岩性为砂砾卵石，沙层，各地段相差较大，富水性中等到弱。

上更新统河、湖积层潜水含水层即萨拉乌苏组含水层，是井田内最主要的含水层。岩性为黄褐色中细砂、粗砂、含粉砂及粘土透镜体，底部局部含小砾石。

1.2 22208综采面地质条件

22208综采面位于矿井二盘区，回采长度4 352.3 m，工作面斜长245.2 m，煤层厚度4.6～6.12 m，平均厚度5.5 m，煤层倾向南西(轴向NE～SW)，煤层倾角1°～3°，煤层底板标高整体为运顺高于回顺。

22208工作面直接顶为粉砂岩，老顶为长石中粒砂岩，直接底由泥岩、砂质泥岩以及粉砂岩组成，基本无伪顶。

2 水文地质条件分析

2.1 工作面上覆地形及顶板岩层特征

工作面上覆地面地形总体东高西低，东部为梁源区，西部为三元沟发育区，最高点位于工作面运输顺槽20联巷附近，最低点位于三元沟南沟附近，相对高差达105 m。三元沟的发育致使地形起伏变化幅度大，沿沟谷地势急剧降低。

2.2 工作面充水条件分析

充水水源：本工作面过地表三元沟和上覆采空区，地表无常年性径流，主要充水水源为大气降水、地表水、地下水采空区水。

充水通道：①导水裂缝带。本面充水通道主要是回采后在采空区上部形成的冒落带和裂缝带。22208工作面煤层厚度为4.6～6.12 m，平均5.5 m，将煤层厚度数据代入“三下规程”中导水裂缝带公式即可得到导水裂缝带发育高度为47.6～51.4 m，最大发育高度位置位于三元沟南沟南侧22208工作面回风顺槽一侧，靠近胶运顺槽一侧导水裂缝带发育比回风顺槽低；根据22208工作面埋深情况及基岩厚度，对比导水裂隙带发育高度，可以得知导水裂缝带发育至松散层及地表的情况，如图1所示。根据12上煤与12煤掘进顺槽及盘区大巷实测标高与22208工作面底板标高数据，可以得知，回采区域12上煤与22208工作面间距约为18～28.5 m，22煤与12上煤层间距30～38.4 m，根据导水裂缝带发育的高度可知，当22208工作面回采后，导水裂缝带导通上部的12上和12煤采空区；②断层、构造等地质异常体。根据22208工作面及12煤、12上煤工作面顺槽掘进资料，断层、构造等地质异常体不发育，在12上煤和12煤掘进过程中揭露的断层断距小，在22208工作面掘进过程中并未揭露。整体而言，断层对工作面的影响较小；③封闭不良钻孔。由于工作面内钻孔属于多期施工，钻孔封闭质量有时不好，故在接近钻孔采煤时要做好预防工作，以免由于钻孔封闭不良而成为水沙溃涌的通道。

图1 22208工作面导水裂缝带发育至松散层及地表范围

充水强度：哈拉沟煤矿对22208工作面各顺槽共施工的探放水孔，截至2017年2月11日涌水量13.67 m3/h，累计泄水量64 788 m3。在施工探放水钻孔同时，对工作面附近的H158、H159地表水文孔进行了观测，松散含水层厚度历时曲线如图2所示。H159观测孔显示含水层厚度从18.73 m下降到5.81 m，降低了12.92 m。整体而言，松散含水层在三元沟处富水性较强，存在突水溃沙的危险。

图2 H158和H159观测孔松散层水柱高度历时曲线图

3 22208工作面防治水工程评价

3.1 井下探放水工程施工情况

哈拉沟煤矿井下探放水工程主要是对松散含水层水和12煤、12上煤采空区水进行预疏放，共施工了67个钻孔，共疏放水量64 788 m3。

3.2 井下疏放水效果分析

地表水体疏放水效果：地表水体主要为22208工作面北侧的水塘，针对水塘施工了4个疏放水钻孔，累计疏放水量为28 101 m3，目前水塘已疏干。

松散层疏放水效果：松散层水通过探放水钻孔疏放后，对比在22207、22208两个工作面内部三元沟南沟沟谷内的H158和H159水文长期观测孔水位变化及降幅情况可知，22208工作面富水性比22207工作面富水性差。

采空区水疏放水效果：哈拉沟煤矿对老空水的探放孔终孔位置均设置在上覆采空区最低处，探放水起到了良好的效果。

3.3 22208工作面溃水溃沙可能性评价

水沙溃涌的4个影响因素归纳起来包括：水沙源、通道、动力源、流动空间。这4个要素的相互作用是导致水沙溃涌的内在机理，条件缺一不可，必须同时具备，方可导致工作面突水溃沙事故的发生。

因此在一些法律技术的具体操作上，应有一个统一而细致的规定。嫖宿幼女罪是指行为人对长期多次从事卖淫活动的幼女实施的性交易行为。这里我们细究来看:对“长期”的认定，可以是指从事卖淫活动在1～5个月或以上时间;“多次”可以是从事卖淫5次或5次以上;“性交易”指以物质手段为交换进行的卖淫活动，而卖淫中的性行为应作扩大解释，除阴道性行为以外，还包括边缘性行为和非阴道性交以获得性快感的类似性行为。

虽然22208工作面过沟开采时上述4个条件都具备，从理论上分析，工作面过沟开采时存在溃沙的可能，但采前已对三元沟南沟内的松散含水层进行了大量的防治水工作，从22206和22207工作面残余水头对比情况分析，22208工作面残余水头要小于之前的两个相邻工作面，并且当工作面回采至沟谷范围内时，残余含水层水头仍会降低，综合分析，22208工作面在三元沟南沟范围内发生大面积溃水溃沙的可能性不大，但由于距离切眼524～940 m范围内，尤其在730 m前后，仍存在小范围内的局部水沙混合物下涌，因此回采前需要加强防水排沙措施。

4 工作面涌水量预测及排水系统评价

4.1 22208工作面涌水量预测

工作面正常涌水量预计:

式中:松散沙层含水层渗透系数值为0.019 55 m/d，松散含水层厚度为20.01 m；基岩含水层厚度及渗透系数按0.036 7 m/d，厚度34.5 m；工作面采宽取245.2 m，周期性垮落距离取15 m。松散含水层给水度取0.04，风化基岩带含水层给水度取0.020(参照规范选取)，地下水渗流时间和最终完成溃水时间均取3日。则Q正常=65 m3/h。

过沟开采段涌水量预计：由于工作面正常区域上覆含水层水文地质参数与过沟段水文地质参数存在差异，本处根据过沟段的水文地质条件重新选取参数，利用上述的计算方法对过沟段专门预测涌水量。松散沙层渗透系数5.1 m/d，过沟段潜水含水层厚度取7 m；基岩含水层为23.95～45 m，取其平均值34.5 m；渗透系数0.036 7 m/d，则Q沟=287 m3/h。

雨季涌水量预计：由于导水裂缝带发育至地表，工作面除对过沟段的涌水量预计外，在正常块段和接近沟谷段，工作面除正常涌水外，还包括降水入渗进入工作面的涌水量，因此雨季工作面涌水量计算公式

Q=Q正常+Q河+Q降

式中：Q正常—工作面正常涌水量，65 m3/h(已预计)；Q河—三元沟沟流侧向补给流量，0 m3/h；Q降—降水进入工作面的涌水量，m3/h(Q降=a×μ×H×F/24，F—22208工作面过沟开采后沟谷区域汇水面积，125 000 m2，a—降水入渗系数取0.3，μ—入渗后充水系数取0.8，H—日最大降雨量，mm取神木县气象站降雨资料2012年7月份降雨量达178.24 mm)则雨季涌水量为289 m3/h。

4.2 排水系统评价

22208辅运顺槽排水系统：①安装DN200排水管路1趟，DN150供水管路1趟，DN100排水管路1趟，并配备有满足排水需求的排水泵及中转水仓。如工作面出现水量增大，可将22208辅运DN150供水管路改为排水管路。22208辅运顺槽最大排水能力为328 m3/h(DN200管路流速取1.6 m/s，流量为181 m3/h；DN150管路流速取1.6 m/s，流量为101.8 m3/h；DN100管路流速取1.6 m/s，流量为45.2 m3/h)。

22208回顺排水系统：22208回顺安装DN200排水管路1趟，DN150供水管路1趟，DN100排水管路1趟，DN200PE排水管路1趟，并配备有满足排水需求的排水泵及中转水仓。应急情况可向22207采空区注水、注沙。如工作面出现水量增大，可将22208回顺DN150供水管路改为排水管路。22208回顺排水能力约为509 m3/h(流速取值同上)。

排水系统评价：22208工作面排水系统最大排水能力为509+328=837 m3/h，22208工作面过沟段雨季涌水量为289 m3/h，经计算，排水系统20 h能排放24 h的工作面涌水量，因此排水系统满足排水能力要求。

5 结论

(1)22208工作面主要充水水源为大气降水、第四系松散层水及老空水，因此过沟段主要水害为第四系松散层水，充水通道是煤层开采后形成的垂向导水裂缝带。

(2)在三元沟段属薄基岩厚松散含水层地段，实施了疏放水工程，22208工作面开采在三元沟南沟范围内发生大面积溃水溃沙的可能性不大。针对过沟开采段制定了防溃水溃沙措施，从抑制突水溃沙产生的条件来看，这些技术措施是合理有效的。

(3)整体而言，老空水对22208工作面威胁较小，松散含水层在三元沟处富水性较强，威胁相对较大。从疏水降压角度而言，探放水工程的实施降低了工作面顶板水压力，提高了工作面回采的安全性。

(4)工作面过沟开采段最大涌水量为287 m3/h，正常开采段涌水量为65 m3/h，雨季期间工作面涌水量为289 m3/h。22208工作面两顺槽最大排水能力为837 m3/h，结合矿井涌水量预测结果，排水能力满足工作面排水要求。

(5)虽然工作面回采过程中大面积突水溃沙的可能性不大，但不排除回采至三元沟南沟时会有少量水沙混合物涌入到工作面，需提前做好防范措施。此外还应注意工作面回采到沟谷附近应适当降低采高，及时拉架护顶，顶板来压时要加快工作面推进速度，防止由于漏顶造成工作面溃水溃沙；回采过程中要确保排水系统正常运转，同时工作面两顺槽及中部要提前备好沙袋、排沙泵、铁锹等应急物资；要密切关注地表塌陷情况、含水层水位变化情况以及井下涌水情况，发现问题及时处理。