1、2023 年 10 月Oct.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.05.029多煤层开采综采工作面顶板疏放水优化设计与应用（河南能源化工集团贵州豫能投资有限公司安顺煤矿，贵州 安顺 561000）摘要 通过对多煤层开采上部岩层富水性造成的水害安全影响进行系统性评估，分析了安顺煤矿8301工作面在回采期间可能存在顶板突水、溃水导致淹面的风险，进而提出采取施工小断面泄水巷、打设顶底板疏放水钻孔、探放老空水钻孔、切顶钻孔爆破裂隙、施工大容积水仓等综合措施，提高了8301工作面的抗灾减灾能力，确保了采煤工作面的顺利安全回采。关键词 多煤层；综采工作面；探放水；
2、优化设计中图分类号 TD822文献标识码 B文章编号 1672蛳9943（2023）05蛳0090蛳030引言对于高瓦斯突出矿井而言，在开采多煤层综采工作面之前，要开展深入的讨论以确定综合设计方案。这不仅要考虑区域防突措施的需要、论证开采上下保护层的顺序问题，还要考虑到开采保护层之后煤层顶板的垮落与支护技术问题，为下一步回采另一层煤提供顶板支撑。此外，当矿井煤层顶板存在含水层，或者与含水层存在水力补给联系时，更需要将顶板疏放水纳入首要考虑因素，否则在后期掘进和回采期间，很可能因为顶板裂隙导通，造成工作面大面积溃水溃沙和突水事故的发生，增大水害安全风险咱1暂。因此，如何有效地探查并疏放顶板含水层
3、的积水，对于维护矿井安全生产具有十分重要的意义。1工作面概况安顺煤矿可采煤层主要划分为 0#煤层、8#煤层和 9#煤层等 3 层。8301 工作面位于矿井三采区北翼，是矿井首个开采 8#煤层的综采工作面。其下方岩层垂距 15.6 m 为新 9101 工作面采空区，与之相邻的还有沿走向布置的新 9100 工作面采空区，以及沿倾向布置的待开采接替工作面 9307 工作面。为了确保采掘期间的安全施工，同一煤层采面之间要留设有 5 m 左右的防隔水煤柱。8301 回风巷与新9101 回风巷之间内错平距为 32 m；8301 工作面沿走向布置，进风巷与回风巷高差近 10 m，有利于采空区积水向回风巷自由
4、流动；两巷煤层赋存稳定，煤厚为 1.21.7 m，平均煤厚 1.42 m；本巷道内不存在较大起伏，顶板相对平整，底板高差为 1.42.6 m，仅局部低洼容易积水。8#煤层直接顶为灰岩，灰色致密状，厚度 2.24 m；老顶为细粒砂岩，厚度 8.95 m。巷道位置关系如图 1 所示。图 1巷道位置关系2顶板含水层分析与物探评价2.1含水层分析8301 工作面上覆岩层主要含水层有第四系（Q）孔隙含水层、三叠系下统永宁镇组下段及飞仙关组上段（T1yn1+T1f2）岩溶裂隙含水层、二叠系上统长兴组（P2C）岩溶裂隙含水层、二叠系上统龙潭组（P2L）层状裂隙含水层等，其中二叠系上统龙潭组含水层又划分为一至
5、五段裂隙含水层。各分段含水层流量与补给强度关系如表 1 所示。表 1各分段含水层流量与补给强度关系含水系简称主要岩性补给流量（L/s）富水强度Q砂质泥岩0.685弱T1yn1+T1f2中厚层灰岩19.109强P2C燧石灰岩22.385强P2L钙质细砂、粉砂岩7.976较强新 9100 工作面新 9101 回风巷回风联络巷9307 工作面新 9101 工作面8301 工作面8301 回风巷新 9101 进风巷回采方向北8301 进风巷排水排水能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 5 期Vol.48 No.590202
6、3 年 10 月Oct.,2023周丹辉，等多煤层开采综采工作面顶板疏放水优化设计与应用2.2断层发育情况8301 工作面在掘进期间共揭露 2 条断层，根据断层产状及发育位置分析，均为相邻 9100 工作面和 9101 工作面断裂延伸影响断层，在掘进回采过程中可能存在与含水层的裂隙导通联系。断层产状描述如表 2 所示。表 28301 工作面断层产状2.3采空区物探评价由于 9307 工作面切眼在 8301 工作面回采前已掘进施工到位，利用上下层位的区段优势，可以在 9307 工作面切眼和回风巷内分别向新 9100 工作面和新 9101 工作面采空区实施瞬变电磁物探。经过探查分析，只有新 910
7、1 工作面存在部分低阻异常积水区，而新 9100 工作面由于布置方式和煤层倾角的优势不存在积水区。此外，在 8301 工作面进回风巷和切眼内，也分别按照 15 m 间距，以45毅、30毅和 0毅等 5 个不同角度方向实施物探咱圆暂。物探分析表明，下部向采空区的探查结果与 9307 工作面探查结果基本一致，而向上部顶板探查发现低阻异常区段存在于顶板上方 613 m。这一规律与巷道掘进期间施工 8 m 长锚索及顶板破碎地带经常出现淋水情况基本吻合。3顶板疏放水综合设计3.1小断面掘进泄水巷由于 8301 工作面为 8#煤层的首采面，周边均为实体煤结构，受到自身巷道空间限制，一旦初采初放和回采期间发
8、生突水、溃水事故时，极有可能在短时间内淹没工作面，造成人员的伤亡。为了最大限度地确保人员安全，为紧急避险逃生争取更多救援时间，考虑到 9307 工作面回风巷与 8301 回风巷从空间层位距离最近，且下部相邻的新 9101 工作面已采闭多年、顶板垮落塌实，瓦斯抽采流量和浓度几乎为零，在经过综合安全评估后，设计施工断面为 3 m2 m 的回风联络巷作为泄水巷。即从9307 回风巷正头钻场向 8301 回风巷上山掘进，将 2 条回风巷道贯通，巷道形成后铺设预埋 3 趟准203.2 mm 管路，并将 2 个回风巷口使用煤袋充填垛实，只留设管道作为应急排水通道。巷道用煤袋接顶，避免串联通风和漏风，影响通
9、风系统稳定咱3暂。3.2顶板放水钻孔通过物探已经探明了煤层顶板的富水层位于顶板上方 613 m 位置。为了避免因为施工顶板疏放水钻孔而误揭露顶板层位间距 17 m 的上覆 7#煤层，由于 7#煤层为原始煤体，未经过钻孔施工和瓦斯治理，很容易导致疏放水钻孔施工期间造成瓦斯喷孔，甚至瓦斯超限，对施工安全构成严重威胁。因此，设计终孔控制层位为顶板以上垂距 15 m。为了便于最大范围地穿过含水层，且减少采空区顶板垮落后造成钻孔塌孔的影响，堵塞导水通道，设计钻孔与巷帮平行方向向煤墙内偏 30毅，即便顶板垮落，保留残孔也能确保正常排水。此外，进风巷比回风巷标高高出近 10 m，且煤层整体倾角为 5毅，所以
10、只在回风侧从切眼向外 10 m 处开始施工，钻孔间距15 m，控制平距 30 m。顶板疏放水钻孔设计如图 2所示。（a）平面（b）剖面图 2顶板疏放水钻孔设计3.3切顶钻孔爆破裂隙8#煤层顶板多为灰岩和细粒砂岩，属于致密坚硬岩层，在初采初放期间依靠采空区顶板自重的自然垮落显然不易实现。为了确保工作面的正常回采进度，降低顶板的安全风险，设计工作面每推进 5 m为 1 个循环，到位后沿切眼间距 10 m 施工 1 个切顶爆破钻孔。该钻孔垂直顶板 90毅施工，孔深设计7.5 m，均匀分布于各支架前段。为了有效控制炮震裂隙，减少一次性起爆造成的顶板裂隙过度发育，以及大面积断裂诱发冒顶的风险，要求实施分
11、段起爆。每次起爆孔数不超过 8 个，以确保既能实现人工爆破预裂顶板的目的，又不至于爆破量过大导致顶板受损强烈。在人为干预的影响下，使得原来完整的顶板受到炮震影响切割为若干个小版块，当悬顶达到一定面积后，就会在岩石重力作用下产生垮落，有利于顶板的安全管理咱源暂；同时，放炮后产生的裂隙会在水平和垂直 2 个方向上产生延伸，若与疏名称发育位置倾向/（毅）倾角/（毅）落差/mF9100 切-1回风巷 366 m120792.9F9101 下-5进风巷 476 m328703.08301 回风巷8301 回风巷8301 切眼1#2#3#R1930 m912023 年 10 月Oct.,2023放水钻孔连
12、接，可能产生更多的导水通道，有利于顶板含水层的疏放。3.4探放老空水8301 工作面下部均为 9#煤层的采空区，虽然受到采动影响，煤层底板可能产生更多裂隙，有助于疏放顶板水后通过裂隙渗流至下部采空区内。但是毕竟裂隙发育有限，通道狭小，很难快速达到疏干效果，而且容易造成采空区的大量积水，为后期9307 工作面回采造成新的安全隐患。因此，在综合考虑的基础上，根据水流的径向性和积聚性，设计在 9307 工作面切眼内向采空区施工探放老空水钻孔。即从 9307 回风巷正头开始，依次间隔 5 m 向9307 进风巷方向施工钻孔。为了最大限度降低采空区水压的影响，防止后期老空水积聚，设计钻孔呈“三花眼”布置
13、。即钻孔平距为 5 m，下排钻孔距离底板高度为 0.5 m，上排钻孔距离底板高度为 0.8 m。当采空区存在积水时，优先施工上排钻孔，以便于疏水降压。当水位逐渐下降后，再施工下部钻孔，确保老空水完全疏放，并且通过钻孔全段下设套管，也可以保留钻孔的疏水通道不被破坏咱缘暂。探放老空水钻孔设计如图 3 所示。图 3探放老空水钻孔设计3.5施工下行泄水孔受到 8301 工作面的巷道断面积以及采空区空间的条件限制，当发生大量溃水和突水事故时，巷道内瞬间涌水量的排放时间可能超出救援时间和逃生时间。为了缓解这一局面，充分利用采空区的空间优势，设计在 8301 工作面回风巷下帮以下行钻孔方式施工泄水孔。在此过
14、程中，可能遇到新 9101工作面原顶板的破碎垮落影响，但可以根据实际施工条件，尽可能延长钻探深度，然后对于成孔实施全段下设套管，避免塌孔堵塞孔壁。按照 10 m 间距，以-25毅左右倾角施工泄水钻孔，孔深以见破碎带钻孔不返水为准咱远暂。当 8301 回风巷出现大量涌水时，可以通过下行钻孔进行泄水卸压，争取更多抢险逃生的时间。3.6施工大容积水仓除了通过施工钻孔和增加顶板裂隙引流含水层水和老空水的直接方法外，还需要通过增加排水设施、水泵设备、排水管路等硬件设施强化巷道排水能力。分别在 8301 回风巷平巷段、9307 回风巷最低点打设具有 3 道防水墙的隔离式水仓，用来对排水进行分级净化，降低污
15、水烧泵的风险。每个水仓的容量不少于 60 m3，并且配备排水量不少于200 m3/h 的电泵，实现备用电泵的热备用，以及安装双回路、双电源，确保排水系统的稳定可靠。4结论（1）通过采取物探技术和对已有水文资料的分析，掌握了含水层的富水规律，初步制定了合理的疏放水钻孔设计方案。（2）从综采工作面的空间层位分析，充分利用8301 工作面和下部新 9101 工作面采空区，以及9307 工作面的空间优势，形成具有较好连通性的一体化排水系统。选择确定优化的排水路线，确定泄水路径，确保在发生水害事故时能够最大限度地对涌水进行泄水卸压，争取抢险救援时间，确保职工人身安全。（3）通过建立完善的排水系统，增加排
16、水设施、排水电泵及管路等硬件，形成双回路、双电源的可靠稳定系统，增强了工作面及矿井的应急救援能力，降低了可能造成的淹面风险，提高了矿井的抗灾减灾能力。参考文献1黄建军.上庄煤矿多煤层开采水文地质条件评价及防治水建议 J.煤，2021（7）：103-104.2 武章军.综采工作面上覆老空水综合探放技术 J.江西煤炭科技，2020（4）：91-93.3 高利军，来甲，马壮，等.煤层顶板钻孔疏放水技术优化 J.陕西煤炭，2021（1）：41-46.4 马亚杰，刘莉，李悦，等.仰斜钻孔倾角对顶板含水层疏放水影响的数值模拟研究 J.山东科技大学学报（自然科学版），2022（6）：32-39.5 王国旺.预留泄水孔法超前解决老空水害威胁技术应用 J.煤炭与化工，2022（3）：63-66.6洪荒，岳晓强，叶爽.刘桥一矿老空水对恒源煤矿安全影响分析 J.能源技术与管理，2022（4）：139-141.作者简介周丹辉（1992-），男，助理工程师，毕业于河南工程学院矿井通风与安全专业，主要从事矿井安全技术管理工作。收稿日期：2023-02-088301 切眼8301进风巷8301回风巷5 m5 m能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 5 期Vol.48 No.592
