申紹鋒

(山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司，山西 鄉(xiāng)寧 042100)

引 言

礦井突水事故為我國(guó)煤礦生產(chǎn)中主要地質(zhì)災(zāi)害之一，其發(fā)生次數(shù)僅次于瓦斯事故。因此，針對(duì)礦井突水的防治工作對(duì)保證工作面的安全生產(chǎn)尤為重要。在實(shí)際開采過(guò)程中，工作面頂?shù)装宓膽?yīng)力平衡狀態(tài)被打破，其對(duì)應(yīng)隔水層存在被導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而發(fā)生頂板潰水、潰砂以及底板突水事故的發(fā)生[1]。本文以某煤礦煤層開采為研究對(duì)象，結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬的手段提出針對(duì)工作面含水層和煤層底板的防治水工作提出建議。

1 工程概況

某煤礦共有5個(gè)工作面，本文以其中的12211工作面為例開展研究。在工作面鉆孔探測(cè)得出該工作面基巖的最小厚度為18.71 m，最大厚度為198.93 m，平均基巖厚度為74.38 m。以12211工作面1#煤層開采為例，1#煤層的平均厚度為5.86 m，煤層傾角范圍為3°～6°。目前，1#煤層采用傾斜長(zhǎng)壁綜放開采方式進(jìn)行開采。12211工作面1#煤層的頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 12211工作面1#煤層頂?shù)装迩闆r

經(jīng)探查，12211工作面1#煤層含水層自上而下分為松散巖類孔隙含水層、碎屑巖類孔隙含水層、碳酸鹽巖類孔隙含水層、基巖裂隙含水層。綜合分析，12211工作面1#煤層在開采期間主要受松散巖類孔隙含水層和煤層底板含水層的威脅。因此，本文將從松散巖類孔隙含水層和煤層底板含水層的防治方案及效果進(jìn)行研究。

2 松散巖類含水層防治水研究

對(duì)于松散巖類含水層的防治水效果需充分掌握其分布特征及含水層之間的相關(guān)聯(lián)系等。結(jié)合該工作面相關(guān)鉆孔資料和抽水試驗(yàn)結(jié)果，本礦松散巖類含水層從上至下依次為強(qiáng)富水層組(厚度為34 m～52 m)，該層組較穩(wěn)定，含水豐富；相對(duì)弱富水層組(10 m～50 m)、穩(wěn)定隔水層組(40 m～50 m)；相對(duì)弱富水層組(主要成分為細(xì)砂、粉砂)，該層組的水量主要為靜儲(chǔ)量。

目前，針對(duì)松散含水層可采用的防治措施包括有限高開采法、充填開采法、疏干開采法以及留設(shè)安全煤巖柱法[2]。結(jié)合12211工作面1#煤層的巖層特征及現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，采用疏干含水層的防治措施。

對(duì)于疏干含水層防治措施的實(shí)施需根據(jù)靜儲(chǔ)量采取合適的防治措施，疏干含水層中包括有礫石、粗砂、中砂、細(xì)砂以及粉砂等，根據(jù)不同巖性的給水度得出不同巖性的靜儲(chǔ)量，計(jì)算公式如式(1) 所示。

Vi=Si×di×μi

(1)

式中，Si為不同巖性的含水層面積；di為不同巖層的厚度；μi為不同巖性的給水度。

通過(guò)計(jì)算礫石、粗砂、中砂、細(xì)砂以及粉砂等的靜儲(chǔ)量得出松散巖類含水層的靜儲(chǔ)量的最大值為1 476 055 m3，最小值為1 014 443 m3。

根據(jù)12211工作面的實(shí)際情況，同時(shí)采用井下鉆孔和地面鉆孔方式進(jìn)行疏干防水的操作[3]。其中，共在12211工作面井下施工57個(gè)新孔，且所有孔中最大涌水量為1.5 m3/h；在地面共施工鉆孔數(shù)量為4個(gè)，各個(gè)鉆孔的參數(shù)如下：

疏1孔位于工作面切口向外260 m的位置，鉆孔深度為245.8 m，在放水期間最初水量為40 m3/h，最終水量穩(wěn)定于16 m3/h；

疏2孔位于工作面切口向外20 m的位置，鉆孔深度為250.31 m，在放水期間最初水量為12 m3/h，最終水量穩(wěn)定于4.3 m3/h；

疏3孔位于工作面切口向外250 m的位置，鉆孔深度為259.7 m，在放水期間最初水量為37 m3/h，最終水量穩(wěn)定于22 m3/h；

疏4孔位于探水巷前方15 m的位置，鉆孔深度為260.8 m，在放水期間最初水量為6 m3/h，最終水量穩(wěn)定于2.3 m3/h。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，自從工作面采用疏干含水層的防治措施總共疏放地下水量為11.58萬(wàn) m3；與工作面水量監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)相比對(duì)可知，工作面靜水儲(chǔ)量能夠被完全疏干，即可有效對(duì)12211工作面松散含水層進(jìn)行防治，保證工作面的安全生產(chǎn)。

3 煤層底板的防治水研究

煤層底板突水的防治效果需探明煤層底板的含水層厚度及其相關(guān)的導(dǎo)水通道的特征[4]。因此，在制定煤層底板防治水方案之前需了解整個(gè)煤礦的地質(zhì)水文條件，尤其是煤層底板的含水層和隔水層的特征，其特征如圖1所示。

圖1 煤層底板含水層、隔水層綜合特征圖

煤層底板上段含水層主要為灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，該含水層的厚度范圍為1.12 m～20.67 m，平均厚度為10.45 m；煤層底板下段含水層主要同樣為灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層，該含水層的厚度范圍為1.32 m～32.69 m，平均厚度為20.8 m。

經(jīng)對(duì)鉆孔所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，煤層底板與灰?guī)r頂界之間隔水層的厚度范圍為0.35 m～16.97 m，其平均厚度為5.10 m。而且，在實(shí)際開采過(guò)程中受采動(dòng)的影響煤層底板擾動(dòng)深度可達(dá)20 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其隔水層的厚度。因此，受采動(dòng)影響煤層底板突水的危險(xiǎn)性非常大。

針對(duì)煤層底板突水的防治工作可通過(guò)疏干降壓、對(duì)煤層底板及含水層進(jìn)行改造以及采取合理的開采方式等實(shí)現(xiàn)。其中，疏干降壓主通過(guò)疏水巷道、抽水鉆孔以及放水鉆孔等將工作面的涌水排干；對(duì)煤層底板及含水層進(jìn)行改造一般采用注漿方式將其底板及含水層凝固、硬化，提高底板的隔水性能；通過(guò)采取合理的開采方式，減小由于采動(dòng)影響對(duì)底板擾動(dòng)的深度，降低底板產(chǎn)生突水的風(fēng)險(xiǎn)[5]。

對(duì)于12211工作面煤層底板的防治工作而言，其最佳防治措施為疏水降壓，根據(jù)工作面實(shí)際情況施工1個(gè)截水孔和3個(gè)堵水孔，確保工作面的水位低于安全水位。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦水害事故嚴(yán)重威脅著采掘工作面的安全生產(chǎn)，其破壞能力僅次于瓦斯事故。因此，采取有效的防治水措施對(duì)保證工作面的安全生產(chǎn)意義重大。針對(duì)12211工作面松散工作面含水層采用井下和地面聯(lián)合疏干方式進(jìn)行防治；針對(duì)煤層底板含水層分別采用疏水降壓的方式進(jìn)行防治。