孫剛

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司曉南礦，遼寧 鐵嶺 112700）

1 井田概況

曉南井田位于鐵法煤田的東南方，本區(qū)位于我國(guó)東北老工業(yè)基地腹地遼北地區(qū)，為新興產(chǎn)業(yè)帶沈鐵工業(yè)走廊總體框架之一翼，以陸路、海港、空港為主體的現(xiàn)代交通格局已經(jīng)形成。調(diào)兵山市中心距沈哈高速公路35km，省級(jí)公路沈環(huán)線、新梨線縱橫貫穿市區(qū)，到沈陽(yáng)桃仙機(jī)場(chǎng)只有110km 的距離，距大連港443km、營(yíng)口港300km。鐵煤集團(tuán)礦區(qū)鐵路直達(dá)礦井并在大青站與國(guó)鐵接軌，可通往全國(guó)各地。交通十分便利。煤礦范圍相鄰關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 曉南井田交通位置圖

曉南礦南與長(zhǎng)鐵煤礦相鄰；北與小青煤礦相鄰；東至14煤層最低可采邊界線；西與大興煤礦相鄰。曉南井田南北走向長(zhǎng)約5.4Km，東西寬約4.3Km，總面積約為23Km2。

2 工作面位置

工作面地表位于曉南礦工業(yè)廣場(chǎng)西部。井下位于北一采 區(qū)西南部，南為0.8m 可采邊界線；北部為北一采區(qū)中巷；東部為N1-1504 工作面（未開拓）；西部與大興井田相鄰，距井田邊界145m。工作面運(yùn)順長(zhǎng)1989m，回順長(zhǎng)1950m，開切眼長(zhǎng)240m，面積378659m2。

3 地質(zhì)構(gòu)造

工作面總體為單斜構(gòu)造，煤層傾向290°～321°，傾角5°～10°，平均為8°。工作面西部為F3（147°∠55°H=8～50m）斷層和F6（148°∠45°H=9m）斷層，對(duì)工作面布置影響大。

4 地層

曉南井田位于鐵法斷陷盆地的東南角，其地層層序和煤層生成年代以前震旦系構(gòu)成基底，其上發(fā)育了中生界之下白堊統(tǒng)及新生界之第四系。本工作面位于中生界白堊系下白堊統(tǒng)阜新組下含煤段，巖層厚度為105～280m，平均200m 左右。井田西部巖性較細(xì)，往東往南巖性變粗。含煤段含煤系數(shù)為2.38%。巖性以灰色、灰白色的粉砂巖和細(xì)砂巖為主，粗砂巖和礫巖次之，其成分以石英為主，長(zhǎng)石及火成巖次之，泥質(zhì)膠結(jié)。含煤七層，分別為11、12、13、14、15、16、17 煤層，其中14 煤和15-1 煤是主采煤層。

5 煤層及頂?shù)装迩闆r

5.1 煤層情況

本工作面位于下含煤段15-1 煤層。煤種為長(zhǎng)焰煤和氣煤，煤層為條帶狀結(jié)構(gòu)，平坦?fàn)顢嗫冢撩?，煤質(zhì)較好。煤層厚度0.74m～2.04m，平均厚度1.30m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸二至三層，為泥巖及炭質(zhì)泥巖，厚度0.10m～0.15m。

5.2 煤層頂板

煤層頂板由偽頂、直接頂和直接頂組成。

偽頂由泥巖組成，厚度0.18～0.33m，平均0.22m。

直接頂、基本頂由中砂巖、砂礫巖、粉砂巖組成。與14 煤層層間距為29～37m，平均為35m。

5.3 煤層底板

15-1 煤層底板為砂質(zhì)泥巖。15-1 煤層下部為15-2 煤層，厚度為0.45-0.60m，平均0.55m，與15-1 煤層間距1.30-2.60m，平均為1.80m。

6 相鄰老空區(qū)情況

工作面上部為南翼采區(qū)14 煤層老空區(qū)（見(jiàn)表1），南翼采區(qū)14 層老空區(qū)與N1-1503 工作面層間距29～37m，平均為35m。老空區(qū)積水面積115 萬(wàn)m2，積水量約為73 萬(wàn)m3，積水標(biāo)高-460m，積水高差120m。老空區(qū)主要補(bǔ)給水源為上部7、9 煤層老空區(qū)補(bǔ)給，因開采上部9 煤層時(shí)對(duì)上部7 煤層的老空區(qū)積水進(jìn)行探放，開采上部14 煤層時(shí)，對(duì)上部的7、9 煤層老空區(qū)積水進(jìn)行探放，所以N1-1503 工作面上部的老空區(qū)已聯(lián)通，補(bǔ)給水量約為30m3/h。

表1 N1-1503 工作面上部14 層老空區(qū)情況統(tǒng)計(jì)表

7 相鄰老空區(qū)水害分析

7.1 N1-1503 工作面導(dǎo)水裂隙高度計(jì)算

根據(jù)《建筑物、水體下、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》中導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式：

∑M- 累計(jì)煤層采高N1-1503 工作面取最大厚度2.04m。

經(jīng)過(guò)計(jì)算N1-1503 工作面垮落帶高度為9.3m，未連通上部14 煤層老空區(qū)。N1-1503 工作面導(dǎo)水裂隙帶高度分別為38.6m 和35.3m。最大導(dǎo)水裂隙帶高度38.6m，大于14 煤層與15 煤層最小層間距29m，所以采用南翼采區(qū)西部14 煤層的導(dǎo)水裂隙帶高度為該區(qū)域?qū)严稁Ц叨取?/p>

7.2 南翼采區(qū)西部14 煤層導(dǎo)水裂隙高度計(jì)算

南翼采區(qū)西部14 煤層最大開采高度為3.20m，根據(jù)《建筑物、水體下、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》中導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式：

∑M- 累計(jì)煤層采高取南翼采區(qū)西部14 煤層開采最大厚度3.20m。

經(jīng)過(guò)計(jì)算SW1407 工作面垮落帶高度為11.6m，SW1407工作面導(dǎo)水裂隙帶高度為46m 和42.3。14 煤層與15 煤層最大層間距37.2m，N1-1503 工作面導(dǎo)水裂隙帶高度為37+3.2+46=86.2m。

經(jīng)計(jì)算N1-1503 工作面導(dǎo)水裂隙帶高度86.2m，上部14煤層老空區(qū)距N1-1503 工作面最小層間距為29m，層間距小于導(dǎo)水裂隙帶高度，所以工作面回采前需對(duì)上部老空水進(jìn)行探放。

8 疏放水技術(shù)要求

N1-1503 工作面疏放水準(zhǔn)備采用疏放降壓的方式進(jìn)行疏放（見(jiàn)圖2），根據(jù)老空水的賦存狀態(tài)，本次疏放水的特點(diǎn)是小間距、大水量、高水壓、長(zhǎng)時(shí)間，針對(duì)疏放水的特點(diǎn)，制定相對(duì)應(yīng)的疏放水技術(shù)要求。

圖2 N1-1503 工作面疏放水方案示意圖

圖2 礦井水排水系統(tǒng)優(yōu)化方案圖

8.1 小間距

N1-1503 工作面與上部南翼采區(qū)14 層老空區(qū)間距為29～37m，平均為35m，由于層間距較小，施工過(guò)程中需采取以下措施：

8.1.1 地測(cè)部門編制工作面物探設(shè)計(jì)，采用YCS512 探水儀進(jìn)行超前探測(cè)，每隔130m 進(jìn)行探測(cè)一次，并使用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證。

8.1.2 隨時(shí)監(jiān)測(cè)工作面巷道掘高，嚴(yán)禁出現(xiàn)超過(guò)設(shè)計(jì)高度施工，定期對(duì)工作面標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，確保層間距大于巷道的10 倍高度，確保安全生產(chǎn)。

8.2 大水量

工作面疏放老空水約73 萬(wàn)m3，根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)安排，疏放水時(shí)間緊，必須保證放水量在90m3/h 以上，目前現(xiàn)有的采區(qū)排水系統(tǒng)無(wú)法滿足需求，需對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行改造，具體改造方案如下：

8.2.1 在采區(qū)最低點(diǎn)施工容積不小于80m3水倉(cāng)，地測(cè)部門出具設(shè)計(jì)，安排施工隊(duì)伍。

8.2.2 北一15 層水倉(cāng)排水管路必須保證200m3/h 排水能力，建議鋪設(shè)6 寸排水管路或3 趟4 寸排水管路。

8.2.3 水倉(cāng)內(nèi)安設(shè)排水能力不小于200m3/h 的排水水泵，備用同等排水能力的排水水泵。

8.2.4 所有的排水設(shè)施必須為雙電源供電，保證涌水能及時(shí)排出。

8.2.5 孔口安裝控水閥門，根據(jù)中央水泵房排水能力，調(diào)節(jié)控水閥門，保證疏放水量。

8.2.6 按規(guī)定檢修排水設(shè)施，備用設(shè)備及配件保證供應(yīng)，確保礦井正常排水。

8.2.7 主排水系統(tǒng)分儲(chǔ)分排。

在一二水平水倉(cāng)和水泵房，通過(guò)控制閥門開關(guān)和鋪設(shè)專用排水管路（φ159mm），使一二水平水倉(cāng)和水泵房形成兩套獨(dú)立的排水系統(tǒng)，將水質(zhì)好的礦井水和水質(zhì)差的礦井水分儲(chǔ)分排，具體操作過(guò)程如下：關(guān)閉二水平水倉(cāng)2-2、2-4、2-5 水泵閥門和2-9 水倉(cāng)聯(lián)絡(luò)閥門；關(guān)閉一水平水倉(cāng)1-1、1-3、1-6水泵閥門和1-9 水倉(cāng)聯(lián)絡(luò)閥門；鋪設(shè)一趟一水平材料暗斜井上平盤至一水平1# 水泵吸水井的專用排水管路（φ159mm），地面鋪設(shè)一趟副井出水口至凈水車間的專用管路（φ219mm），見(jiàn)圖3。

8.2.7.1 水質(zhì)好的礦井水排水方案

北一15 層水倉(cāng)和SW1403 工作面涌水水質(zhì)較好，通過(guò)南翼采區(qū)和北一采區(qū)專用管路直排至二水平水倉(cāng)1#水倉(cāng)內(nèi)，通過(guò)二水平1#、2#水泵經(jīng)專用排水管路（φ159mm）排至一水平水倉(cāng)1#水倉(cāng)內(nèi)，再經(jīng)一水平1#、2#水泵經(jīng)副井的一趟排水管路（φ219mm）排至地面凈水車間。

8.2.7.2 水質(zhì)差的礦井水排水方案

二水平生產(chǎn)用水經(jīng)大巷水溝流入二水平水倉(cāng)的2#倉(cāng)，通過(guò)二水平3#水泵經(jīng)另一趟排水管路（φ159mm）排至一水平西三大巷水溝內(nèi)，流入一水平2#水倉(cāng)內(nèi)，再經(jīng)一水平3#水泵經(jīng)副井的另一趟排水管路（φ219mm）排至地面排水井內(nèi)。

8.3 高水壓

南翼采區(qū)14 煤層老空水積水標(biāo)高-465m，積水高差120m，水壓1.2Mpa，水壓高，疏放水前和疏放水過(guò)程中需采取以下措施：

8.3.1 采用多次疏水降壓的方案進(jìn)行疏放水，保證同一老空水體下掘進(jìn)時(shí)，老空水的水頭高度不得大于10m，達(dá)到10m 時(shí)，立即停止掘進(jìn)進(jìn)行疏放水作業(yè)。

8.3.2 疏放水地點(diǎn)要加強(qiáng)幫頂支護(hù)。

8.3.3 疏放水鉆孔施工時(shí)，止水套管長(zhǎng)度為15m。

8.3.4 疏放水止水套管需安裝兩道保護(hù)，并與頂板連接牢固。

8.3.5 疏放水鉆孔安裝止水套管后利用兩堵一注裝置，使用專用的封堵材料進(jìn)行封堵，封堵材料硬化后，進(jìn)行放水孔耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不得低于2Mpa，試驗(yàn)時(shí)間不得低于30 分鐘。

8.3.6 分次疏水降壓，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

8.4 長(zhǎng)時(shí)間

本次疏放水時(shí)間長(zhǎng)，上部14 煤層老空水全部放完需15個(gè)月左右，必須保證疏放水鉆孔施工質(zhì)量和排水設(shè)備完好程度，具體要求如下：

8.4.1 止水套管選用8mm 厚壁管材加工。

8.4.2 加強(qiáng)設(shè)備檢修，使設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。

8.4.3 加強(qiáng)疏放水期間的管理，保證出水量，減少影響時(shí)間，從而縮短疏放水時(shí)間，保證礦井正常生產(chǎn)接續(xù)。

9 結(jié)論

曉南礦屬于煤層群開采，因長(zhǎng)期開采形成的老空區(qū)越來(lái)越多，老空水防治趨于復(fù)雜化。通過(guò)在疏放水工作面中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐漸形成一套完善的疏放水體系，確保老礦井在防治水方面的長(zhǎng)治久安。