浅谈煤矿工作面顶板出水原因分析及防治措施

浅谈煤矿工作面顶板出水原因分析及防治措施

作者：张洋朱俊魁

来源：《科技视界》2015年第23期

【摘要】千秋煤矿是一座年产量200万吨的大型煤矿，水文地质条件比较复杂，随着开采深度的增加，水害威胁越来越大，防治水工作形势比较严峻。对21172工作面顶板出水水源进行了综合分析研究，包括水质化验、矿井水来源、涌水量变化规律进行研究和分析，制定矿井水害治理方案，并采取有效的疏、排、措施，为工作面安全生产取得了良好的综合效益。对千秋煤矿今后开展水害防治与研究具有一定的理论意义和实际应用价值。

【关键词】工作面涌突水；分析研究；防治措施

煤矿开采多为地下作业，在井巷开拓和煤层的回采过程中，不可避免地要揭露或波及破坏某些含水层（体）。只要这些工程的作业场所位于含水层（体）以下时，水体就会失去原有的平衡，在重力的作用下，以各种形式向井巷或采厂涌出，这既可能是一般的滴、淋水，也可能是突破性的大量涌水，形成水害。这主要取决于作业场所所处的地质构造部位，含水层的富水性，可能的补给水量和水压，以及工程对各含水层的揭露贯穿或波及破坏程序，因此，煤矿生产建设过程中，矿井的生存与发展都与这一切息息相关，水害是煤矿的五大自然灾害之一。水害的严重程度，受多方面因素影响，如煤矿水文地质条件，矿井开拓开采对地下水原平衡条件破坏等因素。通过对千秋煤矿矿井水防治工作多年的探索技术学习，根据千秋煤矿的水害特点进行研究和实验，已形成了一套煤矿防治水理论，以及对策方法措施及管理制度。总结经验与教训为千秋煤矿防治水工作起到重要作用。

1 工作面水文地质概况

21172综放工作面是千秋煤矿2011年二一区东翼投产的唯一一个综放工作面，掘进期间上巷已揭露F3-6断层，该断层落差大地质构造较复杂，工作面上巷在1190m处遇到F3-6断层，产状260°∠80°，h=11m，断层在工作面中部尖灭。该断层有三条派生断层，（1）产状259°∠85°，h=7m，（2）70°∠71°，h=3.0和（3）70°∠70°，h=1.3m。断层带走向长度为

60m。且F3-6断层已沟通位于21172工作面北500m处的14161综采工作面老空水积水区，该积水区已知积水量80000m3有余，且断层尖灭位置为富水区域，含水层又比较发育。F3-6断层为张性正断层，构造断裂使隔水层与含水层发生位移岩石破碎，它是造成矿井冲水和透水的主要通道，断层带有导水现象，当工作面回采至断层7m时，平巷老塘顶板开始放出水，

9m3/h.水色清、无味，经过多次水质化验的研究分析充分证明，水源来源于顶板上侏罗系巨厚砾岩含水层水。

图1 工作面防治水工程示意图

21172工作面直接顶为灰色、深灰色泥岩，致密块状，赋存稳定，厚度9.4m～13.5m，隔水性较好。上部为中上侏罗系杂色粉砂岩、细砂岩、砾岩组成，以砾岩为主，交替出现的混合岩层。该层厚度大，含水性不稳定。砂岩和砾岩整体为弱含水层，但由于砂、砾岩层裂隙发育极为不均，局部存在裂隙强烈发育而形成强富水区段。工作面回采后，平均采放高6.2m，按照1：14冒落裂隙计算，最大导水裂隙发育高度可达到86m以上，可以沟通上部多个含水组（段），甚至受巨厚砾岩含水层的补给。因此，工作面回采过程中可能会受到顶板水的危害。

2 积极开展井下物探，掌握水情异常区域

21172工作面2011年3月8日开始回采，于6月11日开始出水，由原来的6m3/h逐渐增加，随后逐渐增大，最大水量达386m3/h。截止2014年9月实测涌水量稳定在120～

130m3/h。工作面水量之大、持续时间之长，均是我矿前所未有的。在工作面防治水方面我矿逐步提高防治水理念，不断优化防排水系统，实现了防治水工作由措施型向工程型的转变，保证了矿井的安全生产。

为了准确掌握21172工作面顶板岩层的含水性，及时邀请义煤公司防治水研究所对21172工作面实施瞬变电磁勘探，依据生产地质资料和钻探结果，划定顶板水情异常区两个（富水面积分别为9000m2、2400m2）。经打钻验证，出水量分别为2.6m3/h、3.0m3/h。

3 不断提高防治水的认识，实现防治水工作由措施型向工程型的转变

3.1 措施型排水阶段

由于千秋煤矿建矿以来，所有的回采工作面涌水量没有超过50m3/h，在防治水的认识上存在不足，因此在21172工作面的防治水初期阶段，均采取的措施一是堵：在工作面20架以下的后部溜子老塘侧至下巷，垒砌一道高度0.8m，厚度0.24m的砖墙，防止老塘水进入后部溜子和转载机；二是顺：在墙内铺设一趟10寸顺水管路，向下巷最低点顺水；三是排：分别在转载机机尾和1050m巷道最低点处，开挖泵坑，安装水泵和管路进行排水。由于工作面的水量持续增加，工作面由俯采变为仰采，排水设备和管路不可靠，造成工作面的安全和生产没有保障。促使千秋煤矿防治水工作转变观念，实施由措施型向工程型的转变。

3.2 工程型排水阶段

在21172工作面下巷950m至780m下帮，开设170m流水巷（巷道断面10m2），流水巷内挖设水沟宽0.8m，深0.6m，并在流水巷外口做50m3的沉淀池和泵坑，安装配备BQS100-60/37kw潜水泵五台、BQS100-100/75kw潜水泵四台，铺设两趟6寸、五趟4寸管路，将水垂直提高13m后，经管路排至下巷口环形水仓。2012年元月5日涌水量达到386m3/h，为了增加排水能力在下巷环形水仓处施工一个第二泵房，安装MD155-30×10多级泵三台，工作面实际排水能力达450m3/h。

图2 21172下巷与流水巷空间位置示意图

3.3 综合型排水阶段

为了使流水巷进入老塘报废后，不影响正常排水，我们开始在工作面下巷780m至外部环形水仓掘砌一条暗水渠，暗水渠的具体参数：长度：720m，坡度：7‰，净宽：0.6m，净深：0.6m，砌筑0.24m砖墙。

水渠埋深1.5m至3.5m，用水泥进行粉刷底、帮，顶部用废旧轨枕、金属网和彩条布进行封盖回填，防止水渠坍塌。暗水渠每20m留设一个观察口，便于观察涌水量。当观察口进入老塘前，采用木垛进行防护，并建立砖墙截水，使采空区涌水通过观察口进入暗水渠。

为了提升21172工作面下巷外段的排水能力，在下巷停产线处及时设计并组织施工了21采区中部水仓，水仓有效容积2000m3，安装MD280-65x6多级泵两台和BQS300-100/75潜水泵两台，通过两趟8寸和一趟6寸管路，最终将水全部排至二水平大巷水仓，21172工作面排水能力达650m3/h以上。

4 结束语

自21172工作面从2011年6月初回采遭遇F3-6断层带直至回采结束，回采期没有因为出水影响安全生产，同时也为千秋煤矿今后的防治水工作提供技术依据和参数。总之，正确分析矿井、采区的水文地质特征是治理的基础，查清积水区水源补、径、排关系是治理的关键，只有这样才能确定合理的治理方案。

实践证明，21172工作面老塘顶板水采用临时水仓、流水巷、环型水仓分级分段进行排放治理，具有经济、快捷、投入少、效率高等特点，并取得了良好的综合效益。通过不断地在21172工作面实施防治水工程，优化升级防排水系统，达到了21172工作面“水大不见水，水大不影响生产”的效果，确保了工作面始终保持正常顺利回采，减少了大量水泵、管路及电器设备的投入。每年可节约电费210.06万元，节约工资40.8万元。

图3 21172下巷暗水渠剖面图

【参考文献】

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