矿井工作面水害分析与防治技术探索

李明园

（北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京 100013）

矿井水害是影响煤矿安全开采的主要因素之一。工作面回采产生的采空区导水裂隙带可能导通上覆裂隙含水层，从而对下部巷道和工作面开采造成负面影响。因此，工作面回采前，对导水裂隙带可能导通的含水层进行疏排具有重要意义。

1 工程概况

银星二号煤矿1131002综采工作面位于矿区10#煤层内。10#煤层为中厚～厚煤层，平均厚度为2.87m，全区可采，属稳定煤层。煤层顶板多为粉砂岩、细粒砂岩；底板岩性以粉砂岩为主，其次为细粒砂岩和少量泥岩。井田上覆各地层中共含有多个含水层和多个隔水层。其中侏罗系中统延安组上段砂岩裂隙～孔隙承压含水层为10#煤层顶板直接充水含水层。原始状态下，10#煤层受煤泥岩隔水层影响，垂向上水力联系较弱。各地层内含水层和分布情况见表1。

表1 地层内含水层和隔水层分布情况

1131002工作面内发育有1条落差在5.6～9.5m的正断层，开切眼附近有3条正断层，如图1所示。各断层具体参数见表2。

表2 1131002工作面断层参数

2 工作面水害分析

2.1 水源分析

因本区无地表水体，地层内主要水源是大气降水和地下水两种。

（1）大气降水

区内年降水量甚小，一般不足260mm，且降水多集中在7～9月，大气降水储存于松散层潜水层。但1131002工作面开采导水裂隙带最大高度达不到松散层潜水，大气降水对该工作面基本无影响。

（2）地下水

1131002工作面煤层平均采高2.96m，根据计算，结合本井田实际情况，该工作面10#煤冒落带和导水裂隙带最大高度分别为7.26m和24.65m ，在开采10煤时，冒落带进入延安组上部粗砂岩段，导水裂隙带高度超过延安组上部粗砂岩。利用物探方法探明，工作面开切眼和回风顺槽局部位置处于富水区（如图1所示）。因此，延安组下段砂岩裂隙～孔隙承压含水层可能为该工作面直接充水含水层。

图1 1131002工作面示意图

2.2 充水通道分析

1131002工作面主要为煤层采空顶板岩石冒落形成的导水裂隙带和该工作面内的断层。

（1）导水裂隙带

10#煤层采空顶板岩石冒落形成的导水裂隙带核部属溃入性通道，导水裂隙带边缘发育的节理裂隙次为渗入性通道。导水裂隙带可将延安组上段砂岩裂隙～孔隙承压含水层导通，导致矿坑涌水量增加。10#煤层采空顶板岩层冒落面积较大，导水裂隙带导水性好。

（2）断层

根据施工过程中简易水文观测，断层附近的钻孔施工中有漏水现象，表现为正断层岩性较为破碎，漏水较严重，说明正断层有导水的可能。

2.3 涌水量统计

在1131002工作面布置测点测工作面涌水量。结果表明，工作面回风顺槽涌水量为13～15m3/h，平均14m3/h；运输顺槽涌水量为2～3m3/h，平均2.5m3/h；轨道顺槽涌水量为7～8m3/h，平均7.5m3/h；开切眼涌水量5m3/h；工作面合计涌水量为29m3/h。

3 探放水技术方案

3.1 探水设备

本次施工采用ZDY1600S型矿用钻机采用水力排渣的施钻工艺。钻孔开孔采用Ф75mm钻头开孔，钻进采用Ф50mm钻头至终孔位置，钻杆规格Ф40×1000mm。钻机主要技术参数见表3。

银星二号煤矿勘探资料表明，工作面水头压力在0.98～3.89MPa之间，止水套管长度可根据《煤矿防治水规定》第九十八条规定选择，止水套管长度选为 5～20m。

表3 探放水钻机主要技术参数

3.2 探放水孔布置方案

根据探明富水区位置，在1131002工作面开切眼内布置一个钻场，在轨道顺槽里布置3个钻场。每个钻场布置3个钻孔，每个钻场布置的钻孔向工作面内部呈扇形布置，终孔在煤层顶板30m富水区。G1、G2和G3钻场的钻孔主要针对富水区进行探放水，G4钻场钻孔主要为验证11F1断层是否导水及工作面上方是否存在富水区而设计。各钻场均在巷道顶板上开孔，钻场内钻孔开孔位置间距1m。探放水孔布置方案见图2，各钻孔参数见表4。

图2 1131002工作面探放水钻孔布置设计平面图

3.3 主要技术措施

（1）钻孔严格按设计参数施工，做好钻孔原始记录，钻孔方位角、钻孔倾角由测量人员现场给定。

（2）钻场周围留安全间隙，钻机安装应牢靠稳定。

（3）轨道顺槽巷道内设好临时水仓，将打钻用水及钻孔涌水引至水沟排出。

（4）钻场周围巷道要加固支护，确保安全。

（5）施工过程中不得随意更改钻孔方位角、倾角，施工过程中要及时校对钻孔的方位角及倾角，确保钻孔质量。

（6）钻机不得在无人照管的情况下运转，钻机任何部位出现故障时应立即停机检查。

（7）严格现场交接班制度，上一班要将钻孔施工情况、存在问题、注意事项向下一班交代清楚，并签字确认。

表4 钻孔参数表

4 应用效果分析

（1）1131002工作面12个探水钻孔中有10个钻孔出现流水，其中G4-2、G4-3无流水。探水钻孔验证了物探富水区，并探明了断层导水性。

（2）1131002工作面探放水，共计放水量超5000m3。工作面回采期间，工作面合计涌水量降低为10m³/h，降低了工作面回采期间的安全风险，大大提高了临近工作面回采巷道的掘进速度。

5 结语

银星二号煤矿1131002综采工作面经物探表明煤层顶板含有富水区，并可能影响工作面安全开采。本工作面严格执行“有疑必探，先探后掘”的原则，采用钻孔探放水方法设置4个探放水钻场，在工作面回采前疏排顶板富水，并确定富水区边界和断层导水性，从而保证工作面的安全开采。