焦殿志

(皖北煤電集團(tuán)臥龍湖煤礦，安徽省淮北市，235100)

★ 煤炭科技·開拓與開采★

臥龍湖礦頂板砂巖水區(qū)域性轉(zhuǎn)移規(guī)律實(shí)測研究

焦殿志

(皖北煤電集團(tuán)臥龍湖煤礦，安徽省淮北市，235100)

針對皖北臥龍湖煤礦北一采區(qū)頂板K3砂巖水漏失引起工作面異常出水問題，通過對實(shí)測水量及工作面開采條件的分析，研究了北一采區(qū)頂板K3砂巖水隨開采區(qū)域尺寸擴(kuò)大而區(qū)域性轉(zhuǎn)移的規(guī)律。結(jié)果表明，北一采區(qū)工作面涌水總量隨采動區(qū)域的擴(kuò)大呈現(xiàn)下降趨勢，新回采工作面涌水量增大的同時，鄰近已采工作面涌水量明顯減小，且在水流區(qū)域轉(zhuǎn)移開始時間與工作面走向開采尺寸增大的時間同步，8102工作面開始涌水位置與工作面寬度增大位置幾乎一致，距離切眼約110 m。研究認(rèn)為臥龍湖礦頂板K3砂巖水漏失后以原出水點(diǎn)為源頭，隨開采區(qū)域尺寸增大和頂板裂隙的發(fā)育，以采空區(qū)為主通道，向位于深部的新開采工作面進(jìn)行區(qū)域性轉(zhuǎn)移，引起工作面的異常出水。研究結(jié)果可為采區(qū)后續(xù)頂板水害防范提供參考。

涌水量 頂板水害防治 頂板裂隙發(fā)育 砂巖水區(qū)域轉(zhuǎn)移 臥龍湖煤礦

頂板水害防治一直是煤礦五大災(zāi)害防治的重點(diǎn)。開展有效水害防治的基礎(chǔ)首先是準(zhǔn)確探測致災(zāi)水源及其賦存特性，其次要掌握受采動影響下采動裂隙的發(fā)育特征，即誘發(fā)水害的必然通道，最后基于對致災(zāi)水源和采動導(dǎo)水裂隙的控制達(dá)到防治水害的目標(biāo)。其中，采動裂隙發(fā)育演化特征的掌握及其控制是水害防治的關(guān)鍵，一些異常水害的發(fā)生往往是由于未提前獲知特殊條件下的采動裂隙發(fā)育及其演化規(guī)律，本文基于臥龍湖煤礦8101工作面采動過程中瓦斯鉆孔破壞引發(fā)工作面突水的案例，通過長期監(jiān)測采區(qū)涌水量的變化特征，揭示頂板含水層在工作面內(nèi)進(jìn)行區(qū)域性轉(zhuǎn)移的規(guī)律，為后期工作面涌水預(yù)測及水害防治提供參考。

1 采區(qū)工作面開采地質(zhì)條件

1.1 開采條件

臥龍湖煤礦北一采區(qū)主采8#煤層，共設(shè)計(jì)5個回采工作面，目前8101工作面、8102工作面已回采完畢。采區(qū)工作面布置平面圖如圖1所示。

其中8101工作面寬度為155 m，采高3.1 m，平均煤層傾角5°。8102工作面分為里、外兩段，工作面里段寬度為153.3 m，推進(jìn)距離為123.7 m；工作面外段寬度為230 m，推進(jìn)距離為419.8 m，采高3.8 m，平均煤層傾角5°。工作面下區(qū)段巷道采用沿空留巷方式布置。

1.2 水文條件

開采區(qū)域地層中含水層劃分為第三、四系松散層孔隙含水層、二疊系煤系砂巖裂隙含水層和煤系下伏灰?guī)r巖溶裂隙含水層。第三、四系松散層共分為4個含水層和3個隔水層，松散層底部的第四含水層底板平均埋深為233.8 m，以粘土夾礫石為主，富水性弱；二疊系煤系砂巖裂隙含水層共劃分為3個含水層和4個隔水層，含水層中3#煤層上、下砂巖(K3)裂隙含水層以灰白色中、粗砂巖為主，平均厚度為27.7 m，距離8#煤層約160 m，局部構(gòu)造裂隙發(fā)育、富水性較強(qiáng)； 5#煤層上、下砂巖裂隙含水層以中、細(xì)砂巖為主，平均厚度為13.5 m，距6#煤層約58 m，局部裂隙發(fā)育，富水性中等； 6#～8#煤層上、下砂巖裂隙含水層局部砂巖裂隙發(fā)育，含水性較弱。

2瓦斯孔出水情況

2.1 瓦斯孔位置

8101工作面為臥龍湖煤礦北一采區(qū)首采工作面，回采的8#煤層為煤與瓦斯突出煤層，工作面寬度155 m，設(shè)計(jì)工作面運(yùn)輸巷長600 m，回風(fēng)巷長637.7 m，采高3.1 m，平均傾角5°。為抽采8101工作面采空區(qū)瓦斯，減小回采時的瓦斯突出威脅，在距切眼80 m、距回風(fēng)巷53 m處施工地面1#瓦斯抽采孔，終孔深度為531 m，孔底距離8#煤層頂板8.71 m。鉆孔平面位置見圖2。

圖2 8101工作面瓦斯孔位置

2.2 8101工作面出水情況

8101工作面自2012年7月5日開始回采，9月5日經(jīng)過地面1#瓦斯抽采孔。9月15日之前，工作面正常涌水量為2～4 m3/h。9月16日夜班，工作面推進(jìn)至經(jīng)過抽采孔20 m時工作面涌水量增大為15 m3/h，此時工作面累計(jì)推進(jìn)約100 m，9月16日中班，涌水量增大至25 m3/h，9月16日19時，涌水量達(dá)40 m3/h，隨后最大涌水量由50 m3/h(9月19日)快速增加到429 m3/h(9月24日)。8101工作面涌水量變化曲線見圖3。

圖3 8101工作面涌水量變化曲線

由于工作面上覆K3砂巖含水層距離煤層約160 m，根據(jù)工作面采高和巖性條件判斷，在采高3.1 m的情況下，按照國家規(guī)程中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算工作面采動后導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度為42～45 m，遠(yuǎn)未波及該強(qiáng)含水層。但是在實(shí)際開采過程中，當(dāng)工作面剛推過地面瓦斯鉆孔約20 m時，卻出現(xiàn)了工作面大量出水，出水水源為K3砂巖水。后通過鉆孔窺視儀探視結(jié)果、巖層結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為，覆巖中典型厚硬關(guān)鍵層破斷引起其所控制的大范圍巖層整體移動造成瓦斯鉆孔套管多段拉斷破壞，抽采鉆孔成為直接溝通K3砂巖含水層和下部導(dǎo)水裂隙帶的主通道，是引發(fā)工作面持續(xù)突水的主要原因。因巖層破壞范圍大，水量豐富，雖在涌水量大增后進(jìn)行了注漿封堵，但是效果有限，在注漿治理停止時工作面涌水量依然保持在346.9 m3/h。

3 頂板水隨工作面開采的轉(zhuǎn)移特征

在8101工作面回采發(fā)生突水之后，對涌水量進(jìn)行了持續(xù)的觀測，礦井的涌水量變化曲線如圖4所示。

由圖4可以得出，礦井總的涌水量受8101工作面突水影響較大，在突水量較大期間，礦井總涌水量突增，并隨著8101工作面涌水量的減小而下降。北一采區(qū)涌水量主要由8101工作面涌水量和8102工作面涌水量組成，在僅回采8101工作面的情況下，其涌水量總和即等于該工作面的涌水量。在8101工作面回采出水至回采結(jié)束期間，涌水量總體上呈現(xiàn)快速下降趨勢，并在8101工作面回采結(jié)束至8102工作面回采之前，平均維持在178 m3/h。雖然從采掘布局上看，8102工作面為8101工作面的相鄰工作面，但因礦井年產(chǎn)量較小，僅僅需要一個工作面即可滿足產(chǎn)量要求，因此在8101工作面開采結(jié)束到8102工作面回采巷道準(zhǔn)備期間，該采區(qū)沒有工作面開采，時間間隔約1年。在采區(qū)沒有工作面回采期間，由8101測水點(diǎn)測的采區(qū)涌水量持續(xù)維持在178 m3/h左右。

在8102工作面回采的初期階段(里段)，采區(qū)總涌水量并未發(fā)生較大變化，在工作面回采至外段工作面寬度增大位置附近時，頂板移動和破壞程度增大，8102工作面涌水量開始顯著增加，與此同時8101工作面測水點(diǎn)監(jiān)測的出水量明顯減小，而兩個工作面的總涌水量僅僅增加15～20 m3/h，這與煤層頂板一定范圍內(nèi)涌出的裂隙水有關(guān)。工作面涌水量隨采動區(qū)域的擴(kuò)大呈現(xiàn)下降趨勢，新回采工作面涌水量增大的同時，鄰近已采工作面涌水量明顯減小，且在水流區(qū)域轉(zhuǎn)移開始時間與工作面走向開采尺寸增大的時間同步，8102工作面開始涌水位置與工作面寬度增大位置幾乎一致，距離切眼約110 m，且明顯超前于8101工作面發(fā)生出水的位置，工作面出水主要表現(xiàn)為中下部頂板淋水、下部平行超前架棚支護(hù)段頂板淋水以及采空區(qū)涌水，其中以采空區(qū)出水量為主，說明K3砂巖水在發(fā)生轉(zhuǎn)移的過程中存在從8101工作面頂板一定高度向煤巖層深部區(qū)域滲透的可能。由于水流形成了新的涌出通道，所以在8101工作面出水監(jiān)測點(diǎn)的水量明顯減小?；夭山Y(jié)束階段，8102工作面的涌水量和8101測水點(diǎn)的涌水量基本保持穩(wěn)定，兩個工作面出水量總和基本保持不變。

綜上分析認(rèn)為，隨采動影響，采區(qū)涌水具有區(qū)域性變化規(guī)律，主要存在以下特征：

(1)北一采區(qū)工作面涌水總量隨采動區(qū)域的擴(kuò)大呈現(xiàn)下降趨勢。

(2)新回采工作面涌水量增大的同時，鄰近已采工作面涌水量明顯減小。

(3)出水量仍以采空區(qū)出水為主，但是頂板淋水范圍會隨著煤層傾角的變化而變化，傾角小時頂板淋水范圍可能適當(dāng)擴(kuò)大，傾角大時，標(biāo)高低的巷道超前架棚段頂板淋水會增大。

研究認(rèn)為，臥龍湖礦頂板K3砂巖水漏失后，以原出水點(diǎn)為源頭，隨開采區(qū)域尺寸增大和頂板裂隙的發(fā)育，以采空區(qū)為主通道，向位于深部的新回采工作面進(jìn)行區(qū)域性轉(zhuǎn)移，引起工作面的異常出水?；趯敯逅畢^(qū)域性轉(zhuǎn)移規(guī)律的掌握，可以預(yù)先在出水點(diǎn)設(shè)置臨時水倉或加強(qiáng)自然排水。而由于臥龍湖煤礦采用沿空留巷方式布置回采巷道，也一定程度上增加了水流在采空區(qū)之間的轉(zhuǎn)移，因此，若采用沿空掘巷方式，可一定程度限制水流的區(qū)域性轉(zhuǎn)移，減小新采工作面的涌水量。

圖4 礦井涌水量變化曲線

4 結(jié)論

(1)臥龍湖礦北一采區(qū)持續(xù)出水的水源為8101工作面瓦斯孔破壞后導(dǎo)通的頂板K3砂巖水。采區(qū)的涌水總量整體呈緩慢下降趨勢，與開采區(qū)域擴(kuò)大后裂隙儲水和巖層吸水有關(guān)。

(2)地層傾角的存在和工作面之間采用沿空留巷的布置方式使得K3砂巖水可以長期向采區(qū)深部滲流轉(zhuǎn)移。

(3)頂板水具有明顯的區(qū)域性轉(zhuǎn)移特征，使得回采工作面涌水經(jīng)歷“無水—增大—穩(wěn)定”的過程，在下一個相鄰工作面回采至一定距離后發(fā)生下降和轉(zhuǎn)移，具有與上一個工作面類似的特征。掌握水流的區(qū)域性轉(zhuǎn)移規(guī)律，可為回采工作面頂板水害防治提供參考。

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(責(zé)任編輯 郭東芝)

FieldresearchonregionaltransferlawofsandstonewaterfromroofinWolonghuCoalMine

Jiao Dianzhi

(Wolonghu Coal Mine, Wanbei Coal-Electricity Group Co., Ltd., Huaibei, Anhui 235100, China)

To prevent water inrush induced by the leakage of the K3 sandstone water from roof of the first mining area in the north of Wolonghu Coal Mine, according to the analysis of the measured water amount and the mining conditions of the working face, the author studied the regional transfer law of the K3 sandstone water with the expand of the mining area size. The results showed that the total amount of the water inrush in the working face of the first mining area in the north decreased with the enlargement of the mining area, and the water inflow amount increased in the newly stopes, while reduced in the adjacent one at the same time, and the starting time of the regional water transfer was related to the increase of the strike mining size of the working face, the starting position of water inflow was almost same as the width widening position in 8102 working face, which was about 110 m away from the open-off cut. It was found that after the leakage from the roof, the K3 sandstone water developed from the original inflow position and regionally transferred to deep new working face through the gob with the help of enlargement of mining area size and development of roof fractures, so it caused the abnormal water inflow in working face. The research results provided a reference for the prevention and control of roof water inrush.

water inflow, prevention and control of roof water damage, roof fracture development, sandstone water regional transfer, Wolonghu Coal Mine

焦殿志. 臥龍湖礦頂板砂巖水區(qū)域性轉(zhuǎn)移規(guī)律實(shí)測研究[J]. 中國煤炭，2017，43(8)：76-79,127. Jiao Dianzhi. Field research on regional transfer law of sandstone water from roof in Wolonghu Coal Mine[J].China Coal，2017，43(8)：76-79,127.

TD323 TD742

A

焦殿志(1972-)，男，安徽太和人，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任臥龍湖煤礦礦長，從事煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。