摘要:在不完整穹窿式主體構造控制作用下，大淑村礦首采區2#煤層開采中頂板砂巖水害嚴重，認真研究了其特殊的開采水文地質條件，我們采取以排放水為主的防治水技術方法，充分利用了已有采掘工程，以最小的工程量、最少的資金投入、分階段、分期較好的完成了防治水任務、保證了礦井投產初期的安全生產。同時也為類似條件水害防治工作探索了一條可供參考的技術經驗。
　　關鍵詞：防治水,疏干,排放
　　一、首采區概況
　　大淑村礦首采區位于大淑村礦-450水平東一盤區上山部分，西起工業廣場煤柱、東至盤區技術邊界、北以-450水平東翼大巷為界、南至塔子村村莊保安煤柱和F9號大斷層。
　　區內煤巖層賦存穩定，普遍可采。主采煤層2#煤，埋深550～600米，賦存標高-448～-350米，屬二疊系山西組地層，厚4.7～6.0米；配采煤層4#煤，與上覆2#煤層層間距38米，屬石炭系太原組地層，厚1.0～1.8米。
　　2#煤層為突出煤層，按照礦井設計，4#煤層作為2#煤層的下保護層優先開采。2#煤層采用“放頂煤”工藝、4#煤層采用高檔普采工藝開采，均采用全部跨落法管理頂板。
　　區內地層呈不完整穹隆構造形態，穹隆頂位于本區西南部邊界附近，煤巖層傾向自西向東，由NW過渡到N，再過渡到NE、E、SE。F21號斷層組、F9號斷層及其次生斷層對煤層開采有較大影響。
　　按照開采設計，區內2#、4#煤各工作面均按走向NE790布置。共布置正規工作面4個，其中2#煤兩個，編號為172101、172102；4#煤兩個，編號為174101、174102。詳見下圖。
　　                
　　二、首采區2#煤頂板砂巖水及其危害
　　1、頂板砂巖水的來源
　　本區2#煤開采中有充水意義的頂板含水層有三個：一是2#煤間接頂板砂巖含水層;二是二疊系下石盒子組底部砂巖含水層，前者與2#煤正常層間距約9.0米，后者與2#煤正常層間距約45米。它們都處在2#煤頂板采動導水冒裂帶（根據現行1984年原國家煤炭部頒《礦井水文地質規程》附錄七計算，受采動影響2#煤層頂板導水裂隙帶發育高度最大可達90.0米）范圍內，因此，兩含水層水將隨2#煤開采沿采動裂隙涌入礦井;三是二疊系上石盒子組下部砂巖含水層，它與2#煤正常層間距一般大于240米，遠在2#煤頂板采動導水冒裂帶范圍之外，但是，受F9號斷層影響，斷層上盤該含水層局部與172101工作面東段間距縮小為60米左右，落在了172101工作面頂板采動導水冒裂范圍以內，所以，該含水層也成為本區2#煤開采的主要含水層之一。
　　2、頂板砂巖水的危害
　　研究工作面開采設計可以發現，區內各工作面外段（西段）均為緩傾斜下山推采，工作面涌水均可沿下巷自流出本工作面，直泄-450水平大巷，不存在重大水害問題；而各工作面里段（東段）均為上山推采，工作面涌水一旦充滿采空區，將直接影響工作面正常生產，甚至有可能淹沒工作面。另外，先開采的積水采空區（172102工作面采空區）還將威脅相鄰工作面（172101工作面）掘進沿空送巷期間的安全。因此，本區2#煤層頂板砂巖水主要威脅2#煤東段開采安全，即172102、172101工作面東段回采和172101工作面東段掘進安全。
　　三、防治水技術路線的選擇
　　頂板水害作為礦井水害的主要類型之一，其防治水方法有兩大類：一是以提前疏干含水層為目的的方法系列，是主動的防治水方法，主要適用于充水能力強、水害威脅大的含水層，這樣的含水層往往具有厚度大、富水性強、水力連通性好，甚至有補給水源等特點；二是在采礦活動中，待含水層水涌入礦井后，采取以排放水為目的的方法系列，是被動的防治水方法，它主要適用于充水能力較弱、水害威脅不太大的含水層，這樣的含水層往往具有厚度薄、富水性弱且不均一、水力連通性差、沒有補給水源（或補給量較小）等特點。綜合分析本區上述三個含水層水文地質條件后，它們均屬于充水能力較弱、水害威脅不太大的含水層之類，預計2#煤回采期間工作面正常涌水量0.2～0.5m3/min，最大涌水量0.5～0.8m3/min，因此，選擇了以排放水為主的綜合防治水技術路線。
　　四、防治水工程設計
　　1、設計方案優化比較
　　受2003年172102工作面開采時-450東翼水平大巷只掘到充電房附近，還沒有向東延伸、本區下伏174102工作面已經采空、174101工作面剛剛開始掘進等等相鄰采掘工程進度嚴重滯后條件限制，可供參考的設計方案有三種：
　　方案一（圖一）
　　整修174102尾巷作排水通路（或掘進174101工作面運料巷兼作排水通路），總工程量1200米，到采區邊界后（此處巷道標高最低）構建排水泵站，之后，挑200米上山石門分別貫通172101、172102切眼下端頭作泄水巷，將2#煤頂板涌水放到野青層位由泵站排出。
　　本方案的優點是：能夠徹底解決水害問題。缺點是：工程量大、工期長、施工復雜、工程費用高昂、排水通路排水泵站需要長期維護，尤其是172102、172101工作面將不能如期銜接。
　　方案二（圖二）
　　由172102切眼向南延伸10米至172101切眼上端頭，再下山掘進110米專用泄水石門，將水引流到174102采空區，涌水首先灌注174102采空區東段，積水水位達到-425米高程后沿原溜子道自流到-450東翼水平大巷。-425米高程以下2#煤回采中，依靠本工作面下拐子頭移動泵排水保證安全生產。。172101工作面沿172102積水采空區送巷中，邊探放水邊掘進（或先由上巷掘切眼，在切眼上端頭集中探放老空水后，再掘進）。  
　　本方案的優點是：充分利用了174102采空區的調蓄水功能、通過石門向野青泄水有保證（不受采動影響）、施工相對簡單、工期相對短、工程費用低、能夠解決部分問題。缺點是：解決水害問題不徹底、2#煤回采中依靠排水維持安全生產時間長，尤其是制約172101工作面掘進，致使172101工作面將不能按計劃如期銜接。
　　方案三(圖三)
　　172102切眼向南延伸10米至172101切眼上端頭，作泄水巷，在泄水巷最南端（最低洼處，高程-433米）施工一組泄水鉆孔，透174102采空區，用鉆孔將涌水引流到174102采空區。同樣，涌水首先灌注174102采空區東段，待積水水位達到-425米高程后沿原溜子道自流到-450東翼水平大巷。這可保證172102工作面-425米水平以上絕大部分地段在無水狀態下安全回采，而-425米高程以下局部地段，則依靠本工作面下拐子頭移動泵短期排水，保證安全生產。
　　在172102工作面生產的同時，迅速延伸-450東翼水平大巷，大巷掘至77孔附近揭露野青煤層，然后自大巷開口向南側摸野青煤上山掘進專用泄水巷，力爭在172101工作面掘進前透174102積水采空區，并將積水水位由-425米疏控到-439米水平（低于172102工作面東段最低洼處高程——-433米），這樣，可保證172102采空區無積水、可保證172101工作面掘進沿空送巷安全、可保證172101工作面-433米水平以上絕大部分地段在無水狀態下安全回采。對-433米水平以下172101工作面的局部地段，則依靠本工作面下拐子頭移動泵短期排水，保證安全生產。
　　本方案的優點是：不掘石門、施工簡單、工期短、工程費用低、解決水害問題比較徹底，能夠保證172102提前投產、能夠保證172101工作面的如期銜接。缺點是：172102、172101工作面回采中，都有短期排水、泄水孔組有可能在采動影響下被破壞，不能長期泄水。
　　綜合比較上述三個方案，我們認為“方案三”可操作性強、靈活、簡便、工程費用低、能保證工作面的正常銜接、能很好的解決水害問題保證安全生產，因此，最終確定使用“方案三”。
　　              
　　2、實用方案工程設計
　　泄水孔施工設計、安裝圖(圖四)
　　
　                                                               　圖四
　　172102、172101工作面下拐子頭排水系統能力、設備配置圖（如下）
　　                
　　五、防治水效果檢驗
　　因銜接緊張，172102工作面泄水巷實際在距切眼15米處開口，向南掘進了20米，按設計施工泄水孔2個孔（透174102采空區），單孔深40米，總進尺80米。172102工作面于2003年9月30日開始回采，日推進度1.5～2.5米，工作面上山推采過程中未發現采空區積水，涌水全部通過泄水孔下泄174102老空區，172102工作面下巷排水系統未曾啟用，實現了無水害影響下的安全生產。
　　隨后觀測到172102工作面下泄水蓄滿174102老空區水，并自原溜子道涌出，當時測得水量仍有0.10m3/min，后水量逐漸減小至0.07m3/min穩定。
　　172101工作面掘進的同時，我們加快了-450東翼大巷的施工速度。2005年10月底掘至337號經緯點附近，大巷如期揭露野青煤，11月按設計施工174102泄水巷，到距積水區20米時停止掘進，施工探放水鉆孔，12月8日上斜驗證孔鉆透172102采空區（透點高程-395米）無水、無風，初步證實172102泄水孔還在起作用、-425米以上174102采空區應該無積水。12月9日水平孔鉆透174102積水采空區（透點高程-439米），鉆孔出水量1.80m3/min，經過20天放水，2.5萬米3靜儲水量全部放出，泄水巷隨后掘透積水區，將水位永久控制在了-439米高程。2006年元月初，172101工作面下巷開始沿原172102積水采空區掘進，當月創月進612米歷史新紀錄，期間，沿巷道北側幫施工8組24個探172102采空區積水情況驗證孔，均無水，實現了沿老空無水害、安全、高效生產，保證了工作面的如期順利銜接、達到了預期目的。
　　六、安全經濟效益
　　1、工程投入資金：
　　1）、172102泄水孔2個（直立巖石孔）總進尺80米，按照單價150元/米計算，共投入資金
　　80*150=1.2（萬元）
　　2）、174102泄水巷放水孔3個（1個+400巖石孔，2個水平煤孔）總進尺120米，按照單價100元/米計算，共投入資金
　　120*100=1.2（萬元）
　　3）、174102泄水巷進尺120米（野青半煤巷），按照單價4000元/米計算，共投入資金
　　120*4000=48.0（萬元）
　　4）、172101工作面105天排水生產期間實際投入人力、物力、電力消耗共計15.0萬元
　　合計投入資金1.2+1.2+48.0+15.0=65.4（萬元）
　　2、工程收益
　　1）、實現了172102工作面無水害影響下的安全高效生產。工作面東段共生產240天，共節省排水設備、電力、人工損耗至少35.0萬元。
　　2）、實現了172101工作面無水害快速高效掘進，保證了工作面的如期銜接。
　　3）、實現了172101工作面東段-420米以淺至少110天上山推采期間的無水害安全高效生產。同樣可節省排水設備、電力、人工損耗至少15.0萬元。
　　合計可創造經濟效益
　　35.0+300.0+15.0=350.0（萬元）
　　效益與投入相抵后，總收益至少有
　　350.0–65.4=284.6（萬元）
　　七、結束語
　　通過實踐檢驗，我們認為本區防治水工作取得了一些可寶貴的技術經驗，可作為今后有益的參考，比如：“①距采空區15～18米的泄水孔群經過兩次采動影響不會被破壞、可長期保存、②8米寬的2#煤采空區階段煤柱在10米水柱側壓力下不會被擠垮，但有滲水現象。
　　總之：大淑村礦首采區2#煤頂板砂巖水害防治技術措施，經過實踐證明切實可行、效果顯著、安全經濟效益突出，是在礦井防治水技術上一次有益地嘗試，所取得的技術經驗可供類似條件下防治水害借鑒使用，具有一定推廣應用價值。