高河煤矿回采工作面防治水技术

申 翔

（山西高河能源有限公司，山西 长治 046000）

1 概述

高河煤矿位于长治市西南，直线距离约4.5 km。于2012年6月28日正式投产，煤矿生产规模为7.5 Mt/a。矿井开拓分式为立井开拓，在工业场地设置主立井、副立井及回风立井，还在小庄风井位置处设置一对风井。全井田以一个水平开采，水平标高+450 m，采用二组煤层大巷开拓3#煤层，即主、副立井落底后，沿着东西方向上布置大巷，并且在井田的中部位置处，沿着南北方向上布置大巷。单组大巷包含有五条巷道，每条巷道之间的距离为50 m，这些巷道包含有胶带运输大巷、进风大巷、回风大巷以及辅助运输大巷等。巷道采用锚带网索联合支护。开采山西组3号煤层，共分为七个采区，分别为：东一盘区、东二盘区、东三盘区、西一盘区、西二盘区、西三盘区、西四盘区。开采方法走向长壁，综采开采工艺。

图1 高河煤矿开拓式平面

2 矿井涌水

在工作面进行开采之前，均需完成地面电法勘探及地面三维地震勘探工作。掘进巷道进行迎头瞬变电磁法超前物探及超前钻探验证。回采巷道完成后进行工作面瞬变电磁法超前探物探及井下无线电波坑道透视。

3#煤层顶板中，含有裂隙含水层，为煤层直接充水含水层。经钻孔控制，钻孔单位涌水数量0.0075 L/s·m，探放水钻孔共33个，探放深度为2～4 m。从探放水情况看，该层的含水性相对不强。经开采，此含水层在冒落区域。采后导水裂隙带导通上覆K8～K10砂岩含水层，使砂岩含水层水进入矿井，在工作面低洼处积聚。开采作业时，矿井正常涌水数量约240 m3/h左右，最大涌水量达380 m3/h。其中三个综采工作面，正常涌水量约为15～30 m3/h，最大涌水量约为60 m3/h。各掘进工作面正常情况下无水或少量淋水。3#煤层处于奥灰水承压开采区（3#煤开采标高+450 m，奥灰水水位标高+650 m左右，3#煤底板至奥灰顶面隔水层平均厚度130 m左右），3#煤层底板奥灰水突水系数0.021～0.030 MPa/m，属于相对安全区，经生产回采，未发现奥灰突水。

3 回采工作面防治水工程设计

回采工作面防治水工程，理论上应与巷道围岩、地质构造及采掘状况相适宜，同时，还需要尽可能地控制煤层顶板砂岩裂隙含水层中之静储量，确保水头高度有效减少，开展可控性的防治水工作。进行防治水工程钻孔时，要尽量穿透含水层的顶层，确保覆盖工作面区域。与巷道方向相平行的一些钻孔间距，要比钻场的间距值大；而与巷道相互垂直的一些钻孔间距，要超过工作面倾向长度的1/2，以确保工作面之中疏水盲区达到最小，以取得更为理想的防治水效果。

3.1 工作面离层水的防治

在工作面回采推进过程中，采空区上覆岩层会产生冒落带、导水裂隙带及弯曲沉降带。通常状况下，弯曲沉降带与导水裂隙带存在一定的渐变关联性，而且会向地表方向不断扩展，极易出现地面塌陷问题。不过，若是一些较为坚硬的顶板岩石无法和下伏软弱岩石同时垮落的情况下，或者是两者不能同时的弯曲下沉，会出现较为严重的离层问题。在这些离层之中，若是充满水便会出现非常大的“水包”。若是离层的体积相对较大，上覆层悬顶结构会出现断裂，由于受到较大的冲击压力，会导致“水包”发生破裂，从而出现溃水问题，最终导致水害的产生。依照该工作面的钻孔数据可得，在上覆岩之中存在一些隔水层，这也是离层水害出现的前提条件。要想防止出现离层水害问题，需编制了离层水探测方案。结合工作面实际情况，在对离层水探测过程中，需要和工作面推进度相结合，与顶板垮落同步。要是钻孔作业太早，则离层水未大规模形成；要是钻孔作业太迟，则无法确保在老顶发生垮落以前完成作业，将离层水伴随老顶垮落流入巷道之中，易于引发水害。分析认为，在工作面距切眼30～40 m范围内，存在离层水概率相对大。所以，在距切眼30～40m范围内，设计钻场进行探放水，要是钻孔的出水量达到20m3/h，则进一步的加密钻孔。

3.2 矿井排水系统状况

矿井排水系统，在副立井的底部位置设置水仓及泵房等，其中水仓的总容积量达到了5118m3。副立井井口标高+933m，排水水平标高+464 m，排水管沿副立井井筒敷设。依照矿井最大的涌水量为750 m3/h进行设计，排水泵型号为MD450-60×9G离心水泵，共设置5台，其中2台正常排水，2台备用，1台检修。水泵均配备型号为YB710S2-4的防爆电动机。矿井涌水处于正常状态，一台水泵工作即可；若出现最大涌水量的情况，则两台水泵一起工作。排水管使用直径为Φ325的无缝钢管，沿着、副立井至井口方向敷设，将井下涌水排至地面。此外，各盘区或工作面均设有完善的排水系统，排水系统满足《煤矿防治水规定》的相关要求。

4 回采工作面防治水的保障措施

1）在工作面进行回采时，应根据回采进度和垮落步距的大小，结合设计及标准的要求，掌握好离层水疏放钻孔作业时机，防止发生顶板垮落产生水害。

2）回采工作面要确保泄水巷随时保持通畅，通过木垛保护手段，强化排水巷的管理。若联络巷发生堵塞，或是塌陷，使排水线路出现堵塞，需及时施工泄水孔，防止采空区内的水位升高，影响回采。

3）若探放水钻孔发生了堵孔或塌孔，需及时进行通孔处理，若透孔的效果不太理想，则应采取下设筛管的措施，或适当的改变疏放水钻孔布置，以达到更好的疏放水效果。

4）在进行疏放水作业时，要实时地对钻场区域中顶板沉降值及淋水进行测量。若是一些区域出现相对严重的沉降，或是淋水问题严重，则需加强支护作业，防止疏放水作业过程中，顶板破碎，发生垮落。

5）对生产人员及管理人员进行防治水知识教育与培训，使其掌握防治水专业知识，了解防治水过程中的安全防护方法，掌握井下水害的防护措施。同时，还应制定专门的治理方案以及应急预案。

5 效果评价

高河煤矿开展的防治水工程在顶板水预疏放工作中实现了预期目标，通过对顶板含水层之中静储量疏放处理，有效避免水害问题的出现。现阶段，全部钻孔中，残余水量与含水层中动态补给水量大致一样。在回采过程中，针对离层水开展的疏放工作，确保了回采工作面顺利进行。在防治水施工过程中，疏放水钻孔的布置，为今后防治水工作提供了参考。