温思南

（大同煤矿集团有限责任公司同家梁矿，山西 大同 037025）

同家梁煤矿所开采的8#煤层8105工作面位于同忻井田东部，顶板为平均厚度17m的砂岩，富水性较弱。工作面上覆为积水量预计达30万m3的5#煤层8104、8105采空区，同时存在井下未封堵地质勘探钻孔。上述开采因素对8#煤层8105工作面生产作业造成极大威胁。

1 工作面概况

8#煤层煤体构造单一，平均煤厚3.63m，煤层倾角0～14°，巷道掘进支护方式为锚网支护。8105工作面采位1178m处揭露厚度0.8～2.5m的火成岩岩墙，5104巷采位1509m处揭露落差0.5m。根据5#煤层工作面探测8#层煤厚钻孔显示，8#层5105巷距回风巷600～720m范围为煤层变薄区，分析8#层8105面基本无大的地质构造。

2 8105工作面水患分析

2.1 上覆侏罗纪采空区情况

工作面对应上部有同家梁矿侏罗系8#、11#、12#、14#层采空区和煤峪口矿侏罗系3#、9#、11#、14#层采空区，其中侏罗系14#层与工作面层间距为179.5m。同忻矿在回采C3-5#层8104、8105工作面前，已对上覆侏罗纪煤层采空区积水进行探放，侏罗系采空区对8105工作面开采无水患威胁。

2.2 上覆C3-5#层采空区积水情况

上覆为C3-5#层北一盘区8105、8104工作面，与C3-5#层8104、8105工作面间距19～37m，平均25m左右。其中C3-5#层8104面于2014年5月回采完毕，C3-5#层8105面于2013年7月回采完毕，至今已有6年之久，预计均存在大量采空区积水。根据工作面回采时间及日常涌水量分析C3-5#8104工作面积水标高约800m，积水面积33.64万m2，根据采空区积水量公式Q=KMF/cosa[1]，采空区内积水量约20.20万m3；C3-5#层8105工作面积水标高800m，积水面积16.34万m2，根据公式计算得出采空区积水量约9.80万m3。合计积水量约为30.0万m3，上覆C3-5#层8104、8105采空区积水对C8#层8105工作面采掘影响较大。

2.3 C8#煤层顶板含水情况

8#层顶板与C3-5#层底板之间为砂岩及泥岩，其中砂岩厚度在17m左右，富水性弱，巷道掘进期间会出现不同程度淋水，对生产造成一定影响。

2.4 寒武-奥陶系灰岩承压水、构造水情况

寒武-奥陶系灰岩顶板标高705～715/710m，C8#层8105工作面标高756～777/766.5m，隔水层厚度43～50m。工作面中部隔水层略薄43～45m，工作面西部及东部隔水层略厚45～50m。一盘区8#层皮带巷突水系数T＜0.06MPa/m，处于安全区，岩溶水突水危险性较小。虽然上覆C3-5#层未揭露大的断裂构造，但不排除8#层8105工作面内部及下伏可能存在隐伏地质构造导通下伏寒武系灰岩承压水，对工作面回采造成影响。

2.5 钻孔水情况

工作面内存在的TX0904号、1802号钻孔均为封堵良好钻孔，但C3-5#层8104、8105工作面在采掘前期均向8#层施工了井下地质孔，此类钻孔未封堵。根据钻孔位置分析，虽然对掘进无影响，但8105工作面回采前需制定安全技术措施，防范钻孔导通上覆采空区造成影响。

最后，通过分析得出影响8105工作面采掘的水患主要为上覆C3-5#层采空区积水，以及下伏寒武系灰岩通过隐伏构造导通灰岩承压水。同时，掘进期间可能揭露上覆含水层裂隙水，对巷道造成一定影响。

3 防治水工程技术研究

3.1 前期准备

工作面回采前防治水工作主要有物探收集资料、异常区专项探测钻孔及采前综合评价，为工作面精细化安全评价提供数据。回采前对收集的物探、钻探及水文孔资料经科研院精细化评价符合要求后方可施工。

3.2 掘进期间探放水设计

3.2.1 物探设计

8105工作面顺槽掘进期间采用直流电法勘探和瞬变电磁法两种物探方法进行超前探测。采用瞬变电磁法对掘进巷道进行超前探查时，勘探装置类型采用重叠回线组合装置[2]，边长1.5m的激发接收正方形线圈，激发线圈匝数4匝，接收线圈匝数40匝[3]。供电电流档为2A，供电脉宽10ms，采样率16µS[4]。工作面布置测线3条，每条测线11个物理点。具体物探施工图如图1、图2所示。

图1 瞬变电磁法平面示意图

图2 瞬变电磁法剖面示意图

采用直流电法时，在巷道掘进面上以一定间隔布置A1（距掘进头14m）、A2、A3三个供电电极，布置向后无穷远B电极500m（实际操作中大于140m）。A1、A2、A3三个供电电极和测量极M、N间距依次以4m的距离从前往后排开，测量极M、N极移动25次。[5]直流电法超前物探施工如图3所示。

图3 直流电法超前探施工方法示意图

当超前物探探测存在异常，针对异常区域编制专项探放水设计，进行异常区钻探验证。

3.2.2 超前钻探设计

当超前物探探测无异常时，顺槽钻探设计为50m1组，每组施工4个钻孔。钻机选用型号ZLJ-850矿用坑道钻机，钻具配备钻杆Φ50mm，孔径Φ65mm。1#、2#、3#钻孔顺煤层扇形布置，主要探测同层前方扇形范围内煤层内的隐伏构造及其导水性。超前探查钻孔如图4所示，具体参数见表1。

图4 超前探查钻孔剖面示意图

表1 超前探钻孔设计参数表

3.2.3 老空水提前探放钻探设计

为了减小对掘进工期的影响，特针对上覆C3-5#煤层8104及8105采空区设计深孔提前探放采空区积水，具体参数见表2。

表2 老空水探放钻孔设计参数表（部分）

3.2.4 采空区低洼处积水验证及探放钻孔设计

8105工作面上覆存在2个采空区，为避免上述物探手段无法探清、放尽采空区局部低洼积水，故设计在巷道特定位置施工钻孔探测上覆采空积水区，确保排净低洼处积水。具体钻孔参数见表3。

表3 采空低洼处积水钻孔设计参数表（部分）

以上钻孔在掘进到施工位置时应及时施工，如若发现存在异常淋水现象，需及时停掘补孔。

4 排水系统配备及水害避灾路线

考虑到工作面上覆C3-5#层采空区积水排放、底板岩溶承压水突水等特殊状况，参照塔山矿奥灰水突水水量，工作面排水能力≥300m3/h。采掘期间，工作面排水系统必须保证两顺槽各安设两趟4寸排水管路，在巷道低洼处留设三通口，安装逆止阀，并按规定设置临时水仓。排水路线为北一盘区8#层5105巷→北一盘区8#层辅运巷→中央水仓→地面；水害避灾路线为北一盘区8#层5105巷→北一盘区8#层回风巷→北一盘区C3-5#层回风巷→一回风立井→地面。避灾及排水路线如图5所示。

图5 8105工作面各巷水害避灾及排水路线示意图

5 防治效果

工作面回采前，充分收集物探、钻探及水文孔资料，开展工作面安全开采精细化评价，有效规避消除了水害隐患因素，提高了工作面掘进的安全性。生产过程中在工作面圈出后，通过采用物探、超前钻探、老空水提前探放及采空区低洼处积水探放等手段，可有效探查掘进前方及下伏隐伏导水构造，防范岩溶承压水、构造水对回采工作的影响。对异常区进行采前专项探放，系统的总结整理、综合分析各项防治水成果，对工作面整体防治水情况再次进行采前综合安全评价。通过上述探测数据的分析评价，技术手段的综合利用，对同家梁煤矿8105工作面采煤掘进提供有效指导。8105工作面回采期间通过采取上述技术手段，未出现顶板淋水、突水等现象，取得较好效果。

6 结语

同家梁煤矿8105工作面在开采前期，对可能存在的水患进行综合分析，包括上覆采空区积水、顶板岩层含水及寒武-奥陶系灰岩承压水、构造水。通过评价分析结果，结合水文地质现状，采用科学的技术方法进行综合治理，取得了较好的成效，避免了工作面在掘进期间的顶板突水、勘探钻孔出水等水患危害，确保了工作面的安全、稳定、高效生产。