郭 泉

（汾西礦業(yè)集團高陽煤礦，山西 孝義 032300）

引言

我國很多煤礦資源分布在奧陶紀灰?guī)r或者是寒武系灰?guī)r地層條件下，整個地層結構厚度較大，裂隙巖溶發(fā)育程度較高富水性能更好，同時水體補給更加充沛，水體壓力相對較高。在煤礦井下作業(yè)過程中，礦井的底板位置突水事故，經(jīng)常出現(xiàn)煤礦開采工作完成之后，煤層底部的巖層原始的應力狀態(tài)出現(xiàn)比較嚴重的破壞和影響，并且在采空區(qū)域范圍內產(chǎn)生應力集中情況。圍巖巷道底板位置的受力作用，會造成底板巖層結構產(chǎn)生不同程度的裂縫情況，如果裂縫問題進一步擴張會造成隔水能力下降。

1 開采工作面情況

某煤礦始建于20 世紀50 年代初，現(xiàn)核定煤礦開采能力為330 萬t/a，該煤礦開采工作面二疊系下統(tǒng)山西組二煤斷層厚度平均在2 m 以上，每層傾角平均超過11°，整個煤礦開采工作面橫向走向長度為756 m，傾斜寬度大小為155 m，煤礦開采深度超過1 000 m。該煤礦開采工作面在工作過程中，承受寒武系灰?guī)r水體的最大壓力超過2.5 MPa，同時中間的隔水層作為砂質泥巖層，防治工作面煤層底板的位置產(chǎn)生比較嚴重的脫水情況。因此，需要針對煤礦開采工作面長度，對于煤礦巷道底板破壞深度所產(chǎn)生的影響問題進行分析，有效保證整個煤礦開采工作面的工作安全性和穩(wěn)定性。

2 煤礦巷道底板突水預測分析

根據(jù)該煤礦工作面地質條件和水文地質條件情況，對煤層底板位置的基礎受力情況，以及橫豎向應力分布規(guī)律和傳播特點進行深入研究和分析，并且有效結合巖體結構的破壞機理，對巖體受力強度大小進行計算和分析。

2.1 工作面底板巖體破壞深度分析

基于巷道底板破壞塑性理論，該煤礦開采工作面底板位置區(qū)域，巖體結構構成相對比較復雜，同時在受力結構形式上多樣化，底板位置的基礎支撐壓力超過極限值條件下，巖體結構當中會出現(xiàn)塑形變形問題，進而會形成塑性受力區(qū)。當支撐壓力達到部分巖體結構完全破壞的最大荷載條件下，支撐壓力作用區(qū)域周圍的巖體塑性受力區(qū)域會逐漸形成集中受力區(qū)域，進而造成采空區(qū)域底板位置會產(chǎn)生突起情況，已經(jīng)產(chǎn)生的塑性變形巖體會直接朝著采空區(qū)域方向進行移動，進而會形成一種連續(xù)性的滑動面，此時滑動面的底板位置巖體結構受到應力影響程度最大[1]。

在煤礦開采工作過程中，煤層底板位置的巖體結構經(jīng)常會產(chǎn)生底部凸起情況，可以通過使用塑性區(qū)域受力發(fā)展過程來進行解釋。在煤層開采工作完成后采空區(qū)域的底板巖體結構會產(chǎn)生相應的支撐壓力作用，當支撐壓力作用區(qū)域的受力，巖體應力值超過極限強度時，巖體結構所形成的塑性變形量也會有所上升。因為，開采工作面當中的巖體垂直方向上會受到一定的壓縮和影響，同時在水平方向上也會產(chǎn)生比較明顯的膨脹情況，膨脹的巖體會直接擠壓過渡區(qū)域，同時將用力直接傳輸?shù)郊形恢眠^渡區(qū)域的巖體條件，在受到外力強大作用條件下，整體的受力結構穩(wěn)定性會有所下降，通過外部巖體結構所形成的主動區(qū)傳遞受力作用，在過渡區(qū)域和被動區(qū)域的巖體結構，會不斷朝著采空區(qū)域內部進行膨脹。

2.2 正常開采底板出水性預測工作分析

根據(jù)前期提供出的水文地質資料情況，該開采工作面寒武系灰?guī)r地質條件部分水體承壓達到2.3 MPa 以上，同時基礎隔水層圍巖厚度為55 m，因為采動破壞問題所造成的底板最大破壞深度超過11.5 m，因此底板的有效隔水層厚度大小為44.5 m。通過計算分析得出，本次開采工作面底板位置隔水層，所能承受的最大突水極限壓力大小為3.5 MPa，遠遠超過基礎含水層的水體承受壓力，因此在正常的綜采工作條件下，煤層的底板位置不會產(chǎn)生嚴重的出水情況，但是在斷裂構造帶或者是寒武系灰?guī)r水高水頭的共同壓力作用條件下，底板位置的灰?guī)r水很有可能會直接經(jīng)過破碎帶，或者是隔水層比較薄的位置涌入大量的地下水，進而會造成比較嚴重的脫水情況，對此本次煤礦開采工作面，在正式回采工作之前需要采取必要的突水防治處理工作方法[2]，突水預測分析，如圖1 所示。

圖1 突水預測分析

2.3 底板突水防治工作策略

根據(jù)上述分析可以看出，煤礦綜采工作面承壓含水層的上部煤層底板位置出水會受到底板含水層的供水壓力、地質構造以及煤礦開采工作面等多方面因素所產(chǎn)生的影響，因此在降低底板含水層的水體壓力，以及采動工作對于底板的隔水層影響程度相對較大，因此可以采取以下幾種方式來進行控制。

2.4 提高區(qū)域灰?guī)r水體疏放力度

在針對灰?guī)r水區(qū)域治理工作過程中，主要使用的是疏水將加控制工作方法，通過對煤層內部的水體進行大量疏散，保證水位控制在安全位置，并且對水體壓力進行有效調整，保證處于安全的水體壓力以下，要保證突水系數(shù)控制在0.06 以下，有效保證整個開采工作面的工作安全性和穩(wěn)定性。底板位置的含水層承受水體壓力過高，是造成底板含水層水體壓力提升的重要影響因素，水壓越高則含水層的導生破壞程度也就越大，因此在豎向底板含水層水體壓力過程中，可以對突水系數(shù)大小進行有效控制，避免采動工作過程中產(chǎn)生嚴重的裂隙帶，造成底板水陳升高，防止產(chǎn)生比較嚴重的脫水問題[3]。

可以通過采取物探方法和鉆探驗證對局部位置進行有效治理，除了可以進行疏水降壓工作以外還需要保證先進行物探工作，同時通過鉆探有效驗證局部位置的治理工作效果。在本次煤礦開采工作面實現(xiàn)完全貫通之后，通過使用順便電磁物探工作方法，對整個工作面的底板灰?guī)r富水情況進行分析，同時還需要對探測區(qū)域的富水異常情況進行鉆探和驗證，對此本次物探工作過程中，相關工作人員對于該工作面展開了順便電磁探測分析工作，總共設置出150 個物探點位，并且在回風巷道當中設置222 個物探點位，每一個物探點位可以探測2 個～3 個方向。

2.5 注漿加固改造底板位置隔水層的巖性條件

底板位置的隔水層強度大小和圍巖結構的基礎構造，是影響底板突水問題的重要影響因素，因此需要對底板位置的圍巖結構進行全面注漿加固處理，保證加固煤層底板構成破碎帶區(qū)域，有效提高底板隔水層的厚度，同時降低礦壓和含水層的基礎壓力，避免對底板的隔水層圍巖結構形成嚴重的破壞和影響。要保證綜采工作面開采過程中，周圍的礦體壓力破壞程度與底板裂隙之間以及承壓水壓破壞裂隙之間不會形成直接連通，與此同時，通過采取注漿加固處理工的方法，可以進一步填充底板基礎巖體結構當中產(chǎn)生的裂隙，以此來有效控制采動水體壓力，對底板巖層結構所形成的影響，避免出現(xiàn)更加嚴重的擴展效應，有效降低采動工作過程中基礎巖層的破壞深度，避免水壓過高造成破壞性問題[4]。

2.6 完善工作面的防排水系統(tǒng)和地質巡查工作

根據(jù)該煤礦開采工作面最大用水量大小進行計算和分析，開采工作單位通過在進風箱的位置設置出兩臺水泵，并且單臺水泵的排水能力控制在60 m3/h，同時使用4 寸的排水管，直接鋪設在回風巷道的進水口泵位置。在回采工作過程中必須要進行加強回采區(qū)域水文地質條件的周期性巡查工作，特別是針對工作面通過物探富水異常區(qū)域，以及斷裂構造比較復雜的區(qū)域需要進行更加詳細的水文地質調查工作，如果發(fā)現(xiàn)其中出現(xiàn)比較嚴重的脫水問題或者是已經(jīng)產(chǎn)生突水征兆，比如底板位置凸起、底板滲水等情況需要及時停止作業(yè)，采取相應的控制措施來加以解決，有效保證回采工作面的工作安全性和穩(wěn)定性[5]。

3 結語

在底板帶壓開采的工作條件下，煤層的底板區(qū)域破壞性問題會進一步加劇，因此必須要準確的測定出煤礦開采工作面底板采動的破壞程度，是保證承壓水上采煤工作順利開展的重要問題之一。