3上煤顶板砂岩水的疏放研究应用

时间：2024-05-20

张磊

摘要：煤顶板粗砂岩含水层距离较近，含水层厚度局部增大，在回采过程中受采动影响，将使工作面沟通顶板含水层，导致工作面涌水量加大，影响工作面正常回采，因此采取预疏放措施，效果总体较好，基本达到了预期疏放目标，大大降低了采后采空区的涌水量，对保证工作面安全、高效回采起到了重要作用。本文以新驿煤矿为例，对煤顶板砂岩水的疏放应用进行了相关研究。

关键词：顶板水；砂岩水；超前疏放；瞬变电磁；钻探

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.087

1 提出的背景

新驿煤矿五采区工作面在回采过程中，受到顶板淋水的困扰，特别是在已经回采完毕的1503工作面、1505工作面，回采期间顶板淋水最大时达到35m?/h，严重影响到正常的回采作业，影响了煤质，为了给1509工作面提供较好的生产作业条件及提高煤质，决定在1509工作面进行超前顶板砂岩水疏放。

2 研究内容

2.1工作面概况

1509工作面回采煤层为3上煤层，煤层最大厚度为3.2m，最小为2.5m。煤层顶板：伪顶厚度0.2～1.5m泥岩，灰黑色，巨厚层状，泥质结构含植物叶片化石；直接顶1.8～4.6m粉砂岩，黑灰色。粉砂质结构，平坦状断口，具水平层理，层面富含植物化石碎片，具滑面；老顶中砂岩3.5～6.5m，浅灰色，中粒结构，矿物成分以石英为主，长石次之，次圆状。

该工作面底层呈单斜构造，地层走向西北～东南方向，倾角4～19°。该面受断层影响煤层顶板有起伏，煤层发育不稳定，在两順槽掘进过程中，在断层处顶板破碎带有淋水现象，最大处约1.5 m?/h。工作面回采时预计涌水量5～20 m?/h，最大涌水量40 m?/h。

2.2 顶板水赋存情况分析

该区域顶板砂岩局部富水弱，但是局部较为集中，五采区多处顶板均有淋水出现。根据钻孔及已经揭漏煤层顶板资料分析，主要为煤层顶板粉砂岩、中砂岩含水性较强，赋水特点以静态储水为主，为岩层沉积时原生水，随着开采得到释放。

2.3 顶板水疏放方案

在工作面形成后，由矿务局物探队使用Terra TEM 瞬变电磁仪进行瞬变电磁进行对顶地板含水异常探测。根据瞬变电磁资料分析，结合地质情况，在主要富水异常区进行钻探施工，对顶板砂岩水进行引导疏放。

（1）确定顶板砂岩水富水区域。如图所示，富水异常区B1、B2、B3三个区域，其中B1、B2区域面积小，对回采影响较小。B3面积较大，该地段顶板构造复杂，顶板破碎，断层带有可能沟通上部砂岩含水层，对回采有一定影响。

（2）施工探水钻孔。在工作面推进过程中，实际揭露的淋水变大位置与成果图有误差，与物探队沟通后，确认瞬变电磁误差约20m，最终确定在位于第二联络巷向下60m处皮带顺槽处施工钻探，此处位于断层破碎带边缘，顶底板符合钻探施工条件，共设计两组六个钻孔。

（3）钻孔施工技术要求。孔径均为 108mm，打 6 m 深将孔内冲洗干净，下φ97 mm 套管，在孔口用砂浆将套管固定并封死，然后用封孔泵封孔，待固结 48 h 后进行扫孔，钻进深度超过套管长度后，在套管外露部分安装闸阀式控水瓦笼及压力表，并进行耐压试验，试验压力达 1.0 MPa 以上并持续 0.5 h，确认无渗水、松动等现象后，再改用65 mm 钻头钻至终孔。

（4）健全完善的排水系统。根据工作面回采时最大涌水量，排水系统设计为双电源供电，两趟管路排水都为φ108mm排水管路，2 台 37 kW 排水泵（一台备用），排水能力达到80 m?/h以上。

（5）加强水文地质资料分析、预报和观测工作。工作面回采过程中严格执行《煤矿防治水规定》，坚持“预测预报、有疑必探，先探后采，先治后采”的工作原则。在工作面回采至富水区时提前发放水害隐患通知单，检查、整改排水系统；生产单位组织生产时平稳推进，避免推进过快，造成压力增大。

2.4 结论

（1）通过疏放1509工作面的回采期间正常涌水量在8m3/h，保证了工作面的快速推进，保证了煤质，减少了工人的劳动强度。

（2）砂岩顶板裂隙水的有效防治，主要取决于煤层顶板砂岩的赋存状态、裂隙成因条件与发育情况，富水性及泾流补给，对排泄条件的掌握和了解。

（3）根据煤层顶板进行瞬变电磁法勘探富水区采用钻孔疏放顶板砂岩裂隙水，可以提前降低或消除水害影响，但是本区域煤层顶板含有一层泥岩，钻孔疏放不一定能达到满意效果。

（4）工作面建立、健全完善的排水系统在出现水害时，可以将影响降到最低程度。

3 创新性分析

本项目充分利用瞬变电磁探测3煤顶板砂岩的富水区，然有针对性的对异常区进行疏放，改变了传统的3煤顶板砂岩水冒落后自行外流的方式。

4 效益详细分析

（1）通过超前疏放1509工作面顶板砂岩水，煤炭全水分由9.8%降低到8.3%，提高发热量105大卡/千克，每大卡0.07元，吨煤单价提高7.35元，每月8万吨产量，每月增加效益58.8万元。

（2）顶板淋水减小，改善了工作面生产环境，每小班次可节省清理皮带巷淤泥人员2个，每月可节省人工180人次，合7.2人，人均工资7000元，节省5.04万元。