1032工作面防治水工程优化设计技术研究

胡伟 胡乃凤

摘 要：通过解放思想，打破传统的防治10煤底板承压太灰水的方法即对回采工作面实施全覆盖式底板注浆改造。利用疏放太灰水，降低太灰水头压力结合工作面不同埋深范围内太灰突水系数的不同，对于太灰突水系数>0.06MP/m的区域进行局部底板注浆改造，在确保工作面安全回采不受水害威胁的基础上，大大降低钻注工程量、缩短施工工期、降低劳动强度、提高工作效率、节约矿井防治水害成本投入。

关键词：太灰水;突水系数;承压水;注浆改造;优化

1 引言

目前五沟煤矿回采二叠系10煤层，工作面回采期间主要受底板太灰水水害威胁，为保证矿井不受水害威胁，对于工作面底板灰岩水突水系数>0.06MPa/m的，回采前需对煤层底板实施底板注浆改造工程。常规防治10煤底板承压水方法是对10煤底板至太灰实施全覆盖式注浆改造，但此种方法钻注工作量大，工期长，资金投入大，本着“安全第一、技术可行、经济适用”原则，对工作面底板注浆改造工程设计进行优化，为矿井“保安全、降成本”提供技术保障。

2 概述

2.1工作面概况

1032工作面位于三采区，工作面东为三采区轨道大巷，西为10煤层开采上限-285m，北与1031机巷相邻，南与DF16正断层相邻，工作面机巷长1244m，风巷长1244m，切眼长130m。工作面平均煤厚4.15m，倾角2°～15°，地质储量988718t，顶板标高-605.1m～-461.6m，倾向长臂综采。

2.2水患防治设计背景

根据1031、1033机巷实揭及三维地震资料，1032工作面掘进过程中将受10条断层影响，落差在0～15m之间，受此影响，将造成工作面内煤层与灰岩含水层的有效隔水层厚度进一步减小，导致突水系数增大，从而增大工作面的突水危险性。根据计算，工作面最大太灰突水系数为0.07MPa/m。根据《煤矿防治水细则》，需对1032工作面太灰水水害进行防治。

3 关键技术及方案

3.1关键技术

1.疏放太灰水，降低太灰水水头压力。

2.分析出需要进行底板注浆改造的平面范围及层位临界值。

3.2技术方案

1.在工作面外且不影响工作面正常回采范围施工疏放太灰水钻孔，进一步降低太灰水水头压力。

2.结合工作面回采范围内10煤底板标高及10煤底板至一灰顶界最小间距，计算出不同区段灰岩突水系数，分析并确定防治各区段煤层底板灰岩水方法。

3.采用物探對已实施底板注浆改造区段及未实施底板注浆改造区段进行探查，找出物探低阻异常区，再采用钻探验证。

4 具体实施

1.在工作面外段即不受回采影响范围施工了5个疏放太灰水钻孔，总疏放水量为30m3/h，使水6孔（该水文地质单元内的太灰水位长观孔）由原来水位-136.6m降至目前的-152m，结合工作面回采范围内10煤底板标高及10煤底板至一灰顶界距离，计算出面内不同地段突水系数，进而分析需要实施注浆改造灰岩含水层范围。

2.分块段计算太灰突水系数：

（1）块段一

10煤底板实际最低和最高标高分别为-442m和-375.8m，10煤底板至一灰顶界距离取28-10孔（45.6m）和28-12孔（47.85m）中最小值45.6m，计算出该块段下伏隔水层所承受最大和最小水压分别为3.38MPa和2.72MPa，太灰最大及最小突水系数分别为0.074MPa/m和0.059MPa/m。

（2）块段二

10煤底板实际最低和最高标高分别为-375.8m和-290.3m，10煤底板至一灰顶界距离取块段一与块段二的分界线范围最小值46.0m，计算出该块段下伏隔水层所承受最大和最小水压分别为2.72MPa和1.84MPa，太灰水最大及最小突水系数分别为0.059MPa/m和0.042MPa/m。

3.底板注浆改造含水层范围及层位选择：

（1）范围选择

根据上述计算工作面两个块段的太灰突水系数，块段二无需对10煤底板灰岩含水层实施注浆改造。块段一需要对10煤底板灰岩含水层实施注浆改造治理。

（2）层位选择

利用疏水降压后地面水文长观孔水6孔目标水位-152m及停采线位置10煤最低标高值-442m进行计算，若使该段太灰突水系数不大于0.06MPa/m，则底板有效隔水层厚度不小于59m，本设计取值60m。

4.块段一实施全覆盖式底板注浆改造后，采用电法对注浆改造效果探查，对探查出的异常施工钻探验证。

5 治理效果

1.钻、注工程

1032工作面两巷掘进期间，根据工作面地质及水文地质情况，对工作面块段一煤层底板灰岩含水层进行探查、注浆改造，终孔层位二灰底（靠近DF12断层附近的钻孔及补孔终孔层位均定在三灰底）。钻注工程在7个钻场（机巷4个，风巷3个）内合计施工2339m/30孔钻探工程量，合计注浆量3076.44m3/30孔。

2. 底板注浆改造效果物探检测及异常区验证

由安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司采用网络并行电法对1032工作面底板富水性及注浆效果进行了探查和检测。1032工作面两巷及工作面底板下0～90m范围共有4个相对低阻异常区，其电阻率值均在30Ω·m以下，工作面底板物探异常区均在块段二内即未实施底板注浆改造的范围，说明块段一注浆效果显著。通过施工物探异常区验证孔（工程量为448m/6孔，注浆量为140.4m3），钻孔出水量均不大（最大涌水量为5m3/h），即块段二范围内10煤底板太灰水富水性弱，裂隙弱发育，故块段二范围回采期间不受底板太灰水威胁。

3. 太灰水突水系数计算

在1032工作面防治水工程前期和后期，分别在工作面外段施工了5个疏放太灰水钻孔，合计总涌水量29.6m3/h，将该水文地质单元内太灰水文长观孔水6孔水位降至了-152.3m，比预期的太灰水水位-150m降低了2.3m。

工作面块段一10煤最低点底板标高-442m、注浆改造最小有效隔水层厚度60m，计算太灰水最大水压为3.5MPa;块段二10煤最低点底板标高-375.8m，该段煤层底板至太灰间隔水层厚度为46.0m，计算太灰水最大水压为2.7MPa。

根据突水系数公式：

Ts=P/M

分别计算出：1032工作面块段一太灰水最大突水系数为0.058Mpa/m，块段二太灰水最大突水系数为0.059Mpa/m，符合《煤矿防治水细则》中安全回采要求。

6 结论

优化后的1032工作面防治底板承压水（灰岩水）设计经实施后证明其安全、科学、可行，在保证1032工作面安全回采不受太灰水水害威胁前提下（1032工作面已安全收作），同时大量减少钻注工程量、缩短施工工期、降低员工劳动强度、提高工作效率、节约矿井生产成本。

1032工作面底板注浆改造工程优化后，经济效益和社会效益明显。为五沟煤矿“低成本，防大水”提供技术保障，为今后矿井10煤底板承压水水害防治提供借鉴。

作者简介：

胡伟（1984.12—），男，汉族，皖淮南人，本科，工程师，研究方向：地质防治水方向。