开滦集团钱家营矿业分公司地测科 河北省唐山市 063301
摘要：钱家营矿水文地质条件中等，煤5顶板含水层水对生产影响较大，严重制约工作面安全高效生产，本文通过2076东工作面水文地质条件分析，排水方案的优化，本质安全型排水系统的建立，特别是在井田范围首次采用垂直大孔径泄水井排水的成功经验，探讨泄水井、泄水巷等泄水工程在防治水工作中应用。
关键词： 泄水工程；防治水；安全高效生产
一、矿井概况
钱家营矿是一座国有特大型现代化矿井。矿井于1978年开工建设，1988年12月8日矿井建成投产，设计年产原煤400万吨，核定矿区总面积88.32 Km2，井田主采煤层有7煤层、9煤层、12-1煤层，局部可采煤层有5煤层、8煤层，为煤层群地下开采，2013年矿井定为煤与瓦斯突出矿井。2015年矿井核定能力570万吨。2016年水文地质类型划分为中等型。矿井直接充水含水层包括第Ⅲ含水层（煤12底至煤14顶砂岩裂隙含水层）、第Ⅳ含水层（煤5底至煤12顶砂岩裂隙含水层）、第Ⅴ含水层（煤5顶板砂岩裂隙含水层），矿井间接充水含水层包括第Ⅰ含水层（奥陶系灰岩岩溶含水层）、第Ⅱ含水层（煤14至K3含水层）、第Ⅵ含水层（A层至基岩顶界面含水层）、第Ⅶ含水层（冲积层含水层）。
二、工作面地质、水文地质情况
2076东工作面位于十采区东翼，西侧为十采皮带山、轨道山及专用回风巷，东侧为十一采皮带山、轨道山和专用回风巷。同煤层倾斜上方2075东工作面已回采完毕，其它暂无设计工程。 煤层厚度3.3~5.6m，平均4.5m，煤层较稳定。局部煤层直接顶下部有一层0~1.0m的不稳定粉砂岩夹矸，工作面煤层顶板中有两层0~0.5m厚度不稳定煤线，其中风道开口至747m、运道开口至694m范围内，煤线位于顶板上4.0-7.5m范围内；向切眼方向煤层分叉，上层煤距下层煤间距渐大。煤层走向在N46°~N109°之间变化，煤层走向变化较大。该工作面掘进中共揭露断层34条，落差0.1-5.2m。其中2076东-f5 H=2.0∠50°、2076东-f24 H=5.2∠74°，且2076东-f9、f11、f24、f25构成断层带，预计沿回采方向风道555～594m，运道434～767m范围内构造发育，对回采有较大影响。受断层影响，局部巷道全岩，煤层厚度变薄，顶板稳定性变差，易冒落，XDF7为三维地震断层，走向倾向均会有所变化 。
工作面顶板为砂岩裂隙弱含水层，上覆5煤层顶板含水层赋水性局部较强，对该工作面7煤层顶板补给充分。下邻7煤层及上覆5煤层无工程，目前2075东工作面有动水0.4m3/min。根据地面补24钻孔水文资料分析，工作面裂隙发育，回采预计正常涌水量1.64m3/min，最大涌水量2.46 m3/min。
三、防排水工程
1、排水条件分析：
工作面回采涌水后不能自然排出。根据标高分析，工作面运道里端、中间标高低，出水后容易出现工作面事故，且回采至十采侧（工作面东段）出水后，一旦发生水害事故人员无法逃离。
2、排水方案选取
①防治水方案及设计
方案一：不施工泄水井、泄水巷，工作面运道直接排水管路、泵强排。
方案二：工作面东段、西段均施工泄水巷。
方案三：东段施工泄水巷、西段施工泄水井。
②方案的优缺点分析：
方案一优点：投入费用少，安装排水管路的工期短，经济，缺点：出水较大后可能淹工作面。造成重大经济损失和人员伤亡，严重影响工作面安全高效生产。
方案二优点：能到到安全生产的目的，缺点：工程量大，西段预计施工巷道665米，东段预计施工巷道500米，且该段水文地质条件复杂，容易发生冒顶等事故，施工困难，如沿煤层施工巷道仍不能达到自然泄水条件，回采前需安装泵排水设备，回采中还需安排专人维护，如沿一定坡度施工，工期需4个月，且投入的人力、物力费用极大，不经济，不合理。
方案三优点：能达到安全生产的目的，工期、费用合理。
综上对比分析，确定方案三，排水及泄水工程方案如下图：
3、主要防治水工程
（1）泄水井工程
在2076东运道尾巷施工泄水井，Φ244mm钻进至终孔，下Φ159mm套管7.1m，下Φ146mm套管60m。垂直施工至-780大巷。孔口安装长*宽*高（300mm*300mm*300mm）、（600mm*600mm*600mm）罩子，并打木垛。泄水井施工情况以下：
该泄水井2016年2月19日开工，钻进1米后，发现混凝土平台没有坐到实底，矿方重新浇筑平台，2月22日重新开孔，钻至孔深8米时孔内漏浆严重，钻至10米提钻，灌水泥浆堵漏。2月23日等干一天，2月24日，继续钻进，进尺7米，孔深17米。2月25日进尺6米，孔深23米。2月26日等矿方运钻杆一天。2月27日，进尺4米，孔深27米。28日进尺6米，孔深33米。29日进尺4米，孔深37米。30日进尺4米，孔深41米，现场膨润土用完。3月1日至3日，运膨润土和钻杆。4日进尺2米，孔深43米。5日进尺1米，孔深44米。6日至8日运泥浆泵，3月9日，进尺10米，孔深54米。10日进尺13.1米，孔深67.1米透-780大巷。3月14日，通孔下套管67.1米并用水泥浆固管，施工自2016年2月19开工到2016年3月14完工历时25天，最终钻孔顺利进入-780轨道大巷，通孔下入套管并用水泥浆固管，达到了矿方的施工要求及质量要求。
（2）泄水巷
从十采五中边眼口开始施工泄水巷至2076东运道，工程量665m。下卧工程量150米。
（3）运道排水系统
2趟4寸排水管路（原掘进留下一趟，风管改排水管一趟），回采再接-趟8寸PE管至十采段泄水巷口，工程量600米，低洼处备2台37KW、3台25 KW排沙泵。回采后老塘排水管路不撤。继续使用，将动水泵至泄水井。
（4）疏水降压工程
回采前对工作面实施了音频电透视勘探，探测成果显示：2076东工作面顶板岩层中共存在2个富水区：1号富水区位于风道0-100m、运道0-60m范围内；2号富水区位于风道350-385m、运道350-380m的范围内。针对物探富水区，在2076东风道是施工4个探查孔，工程量552米，其中1号、2号孔主要探查1号富水区，3号、4号孔主要探查2号富水区。探查结果1号钻孔终孔涌水量为0.01m3/min，其余三个钻孔均未出水，证明1号和2号物探富水区不赋水，工作面5顶板含水层富水性不均，防治水难度大。
四、防治效果
1、当回采至风道残尺1030米，运道残尺1077.5米时，采面顶板108组至118组架子范围内顶板滴淋水0.8m3/min，工作面总水1.2m3/min，涌水主要通过泄水井排出。充分发挥了泄水井作用。如没有施工泄水井，使用泵排水，可能导致了淹工作面事故发生。
2、当回采至风道残尺573.8米，运道残尺615米时，采面顶板47组至52组架子范围内顶板滴淋水0.7m3/min，这部分水量流向外口泄水巷，里段泄水井水量0.4 m3/min，工作面总水1.1 m3/min。此段泄水巷发挥了作用。
总之，整个回采过程中出现两次较大淋水，由于工作面水文地质条件分析清楚，泄水井、泄水巷两大工程的投入使用，杜绝了淹工作面事故发生，保证了工作面高效回采。
五、存在的问题及改进措施
1、大孔径、长距离垂直泄水井施工困难，对钻探施工平台质量要求较高，必须按要求施工高质量平台。
2、泄水巷的掘进应考虑临近工作面的布设，在保证防治水安全的前提下尽可能的降低成本，合理利用，不影响临近工作面的采掘。
3、泄水井出口处煤泥较多，建议施工专用沉淀池等辅助工程。
4、相对于施工泄水巷来说，施工泄水井效率更高，费用更低，建议条件具备，优先采用施工泄水井方案。
作者简介：李丹斌 男 本科 1983出生，水文中级工程师，毕业于河北工程大学水文与水资源工程专业，2008年--至今在开滦钱家营矿业分公司地测科工作。
论文作者:李丹斌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/2/26
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