牛新新

（山西晋煤集团临汾晋牛煤矿投资有限责任公司，山西临汾 041000）

晋牛煤矿首采工作面综合防治水技术的应用

牛新新

（山西晋煤集团临汾晋牛煤矿投资有限责任公司，山西临汾 041000）

晋牛煤矿针对首采工作面开采前面临的水害威胁问题，从综合立体物探、探放水工程、排水系统布置及地面治理等方面进行了综合立体防治水技术措施的阐述和分析，为综采工作面顺利回采积累了经验，为今后水害严重的工作面正常回采提供了可靠的技术保障。

综采工作面；综合立体防治水技术

晋牛煤矿设计能力为0.90 Mt/a的现代化矿井，由6座煤矿整合而成，矿井水文地质类型为中等型，首采区位于矿井西南部区域，煤层赋存较为稳定，厚度适中，并且采区范围比较规整，利于工作面的布置，三维地震及钻探资料表明，该区构造及水文地质条件中等。1303工作面作为首采区第一个工作面，该工作面防治水成功与否，直接关系到晋牛矿联合试运转安全及投产后的矿井安全。

1 1303工作面概况

1.1 1303 工作面基本情况

1303工作面位于一采区西北部，走向长壁式布置，走向长度965m，倾斜长度180m，工作面底板标高+1049m～+1071m[1]，两巷起伏大，巷道底板标高最大落差22m，总体由一向斜所控制，呈西高东低，南高北低趋势，1303工作面为ZF7200/17/ 33.5型放顶煤液压支架共安装支架120架，所采煤层为9号、10号和11号煤层，平均煤厚5.14m，可采储量93.9万t[1]。

1.2 1303工作面水文地质情况

工作面回采过程中，主要充水水源为大气降水、9号、10号和11号煤层上覆的K2灰岩岩裂隙水、2号煤层采空积水及本煤层采空积水[1]，本煤层与2号煤层间距约为80m。井田内奥灰水岩溶水位标高为565m～735m，9号、10号和11号煤层底板标高最低为910m，高于奥灰水位约140m，奥灰岩溶水对煤层开采无影响[1]。

2 防治水技术措施

2.1 具体方案

根据1303工作面情况及矿井实际开采情况，遵循“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则[2]，水害治理采用“物探先行，钻探验证”的工作方法。首先在地面对采区开展三维地震工作，查明5m以上断层、直径大于20m的陷落柱，有效地减少和避免地质风险；其次在1303工作面巷道掘进过程中采用矿井瞬变电磁及高密度电法对工作面两顺槽进行超前探测；再次在工作面圈成后分别采用坑道透视探测、地面瞬变电磁法勘探以及井下瞬变电磁探测方法进行探测；最后采用钻探方式对巷道进行钻探验证、对顶板2号煤采空积水进行探放；同时完善采面排水系统；预先进行地表处理等措施，有效防止水害事故的发生。

2.2 综合立体物探技术

2.2.1 矿井瞬变电磁探测

瞬变电磁法或称时间域电磁法（简称TEM），它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法[2]。用以查明首采工作面顶板砂岩富水性，查明首采面周边老空区及老巷富水情况。提出针对首采面顶板砂岩水赋存特征的防治水措施。1303工作面瞬变电磁探测中，该工作面顶底板主要存在4处低阻异常区，见图1。

2.2.2 地面瞬变电磁探测

因2号煤层采空积水及本煤层采空积水为1303工作面主要充水水源，为查明1303工作面采空区分布范围及视电阻率分布情况，在对1303工作面施工井下瞬变电磁的同时施工了地面瞬变电磁探测。共查明2号煤层富水异常区4个，见图2。K2、K3、K4石灰岩含水层是9+10+11号煤层的直接顶板充水含水层，共查明9号、10号和11号煤层富水异常区4个。1303工作面9号、10号和11号煤层顶板综合物探成果图，见图3。

2.2.3工作面坑道透视

在矿井下，电磁波穿过煤层途中遇到断层、陷落柱或其它构造时，波能量被吸收或完全被屏蔽，则在接收巷道收到微弱信号或收不到透射信号，形成所谓的透视异常。探明构造发育情况及工作面内隐伏构造，为煤层安全高效回采提供有效的技术参数。1303工作面坑透共查得异常区3个，工作面坑道透视探测成果示意图，见图4。

2.3.探放水工程

2.3.1 疏放2号煤层采空积水及顶板砂岩裂隙含水

在1303工作面两顺槽布置探放水孔，提前疏放上覆富水区的静压水，减轻2号煤层采空积水及顶板砂岩裂隙含水对工作面回采的影响。钻孔设计覆盖切眼布置4个钻孔，在顺槽巷道切眼处开始每50m 1个，方位角差180°交替以倾角70°向巷道顶板施工钻孔，孔深约85m，（以探至2号煤层或探到2号煤层采空区为准，如不能判明是否钻进到2号煤层，进行取芯，每次取芯不低于5m，直至判明为止）。针对2号煤物探结果进行加密钻探验证。同时根据现场放水情况，在顺槽低洼处增加部分钻孔。1303工作面放水孔共施工46个，钻孔累计初始泄水量为200m3/h，现实际泄水量为19m3/h，累计泄放水量为255 977m3。1303工作面2号煤层探放水孔布置示意图，见图5。

2.3.2 本煤层老空积水探放

在工作面掘进过程中，仍然不能排除周边同层小煤矿对该工作面的破坏。在回采工作面两侧延顺槽方向每50m布置一个探测钻孔，异常区域根据专门的异常区域钻孔设计，执行本措施施工钻孔。依据有采必探和异常区钻孔设计1303工作面共施工35个钻孔。1303工作面“有采必探”钻孔布置示意图，见图6。

2.4 排水系统布置

2.4.12 号煤层水量预计

根据在水力学伯努利（DanielBernouli）方程的基础上推导出一种井下探放水钻孔涌水量计算公式。预计单孔水量

式中：Q为钻孔涌水量，m3/h；D为钻孔孔径，0.075m；Ha为钻孔出水口以上的水头高度，100m，；L为钻孔深度，86m；g为重力加速度，m/s2；λ为沿程阻力系数，根据公式取0.04。

代入数据计算，则钻孔涌水量Q为：

通过计算可得单孔放水量约为103m3/h。

2.4.2 顺槽排水系统

因2号煤单孔放水量最大约为103m3/h，根据以往观测资料，预计本煤层涌水量最大为20m3/h，两顺槽2号煤放水孔各布置一只探放水队伍，从里向外依次探放施工，经观测两顺槽最大涌水量约为300m3/h。工作面总体趋势是进风巷高于回风巷，水总是流向回风巷侧。因此把排水的重点放在回风巷低洼处，并考虑涌水量突变情况，在巷道最低点布置三台水泵，以防突水时应急使用。进风巷共设置三个水窝。1号水窝（容积8m3）位于约80m处，安装两台22 kW水泵，一用一备；2号水窝（容积8m3）位于约230m处，安装22 kW、37 kW水泵各一台，一用一备；3号水窝（容积35m3）位于约450m处，安装37 kW水泵两台，55 kW水泵一台，一用一备一检修。安装4寸、号6寸排水管路各一趟，一趟直接排至主水仓，一趟排至采区水仓；回风巷共设置四个水窝。1号水窝（容积18m3）位于约200m处，安装两台22 kW水泵，一用一备；2号水窝（容积93m3）位于约450m处，设计安装37 kW水泵两台、55 kW水泵一台，一用一备一检修；3号水窝（容积37m3）位于约625m处（变坡点处），安装37 kW水泵两台，55 kW水泵一台，一用一备一检修。4号水窝（容积60m3）位于约654m处（变坡点处），设计安装37 kW水泵两台，55 kW水泵一台，一用一备一检修安装4寸、6寸排水管路各一趟，一趟直接排至主水仓，一趟排至采区水仓。4趟排水管路总排水能力最大可达750m3/h，是预测涌水量的2.5倍。

2.5 地面治理

多年来，由于地方小煤窑滥采滥挖，地面塌陷破坏严重[4]，雨季时，小煤窑开采后地表塌陷形成一个个大小不一的漏斗，成为汇水区和汇水通道，使得大气降水直接通过塌陷漏斗直接补给给矿井。防止大气降水进入井下，对地表塌陷和废弃小窑进行充填治理，对通过矿区的季节性河流渗漏段进行综合治理。

3 结束语

通过综合立体物探方法对富水区进行探测、施工立体钻探、完善排水系统、地面治理等措施形成的井上下综合防治水技术的试验及应用，得到如下结论：

1）工作面圈成后采用坑道透视探测、地面瞬变电磁法勘探以及井下瞬变电磁探测方法进行探测；可大大提高物探方法探测富水区的精度，探水成功率达85%以上。

2）综合立体物探技术的应用减少了超前钻探，创造了较好的经济效益。

3）工作面共设计施工探放水钻孔81个，截止老顶初次垮落，累计疏放水26.7万m3，大大降低了采空区的水位，减轻了采空区的水对首采面的压力。经过实施探放水，工作面生产期间的涌水量为20m3/h～30m3/h，保证了矿井的安全生产。取得了显著的社会效益和经济效益。晋牛矿通过采取井上下综合防治水措施，实现了1303综采工作面的安全生产。

4）通过疏通河道并对渗漏段铺底，堵截了大气降水进入井下的渠道。

5）合理规划排水系统，缓解了生产期间工作面的排水压力，保证了工作面正常回采。

6）形成一套以综合立体勘探为主，完善排水系统和地面治理为辅的综合防治水技术,对类似条件下煤层开采具有重要的参考意义，具有良好的推广前景。

参考文献：

[1]晋牛公司.晋牛公司1303工作面地质说明书[R].临汾：山西晋煤集团晋牛煤矿投资有限责任公司，2014.

[2]晋牛公司.晋牛公司地质报告[R].临汾：山西晋煤集团晋牛煤矿投资有限责任公司，2011.

[3]丁希阳，马冲，王均双.瞬变电磁法在断层防治水中的应用[J].山东煤炭科技，2008（2）：131-133.

[4]刘建武，吴炳火.沿沟煤矿地面防治水综合治理的实践与认识[J].江西煤炭科技，2012（2）：13-14.

Water Control Technology of First Mining Face in Jinniu Mine

NIU Xinxin
(Jinniu Coal Investment Co.,Ltd.,Jincheng Coal Group,Linfen 041000,China)

To solve water hazards at the first working face in Jinniumine beforemining,an integrated three-dimensional water control technology was presented and analyzed in terms of integrated three-dimensional geophysical prospecting,water exploration engineering,layout of drainage system,and ground water control,which accumulated experience for smoothmining of the fully-mechanizedmining face and offered reliable technical guarantee for normal caving on the working face with severe water hazards.

fullymechanized workingface;integrated three-dimensional water control technology

TD744

A

1672-5050（2015）05-0023-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.009

（编辑：刘新光）

2015-06-24

牛新新（1987-），男，山西泽州人，大学本科，助理工程师，从事采掘技术及地测防治水管理工作。