靳德武，李超峰，劉英鋒，曹海濤，任鄧君，王紅亮，張金魁，黃 陽，楊國棟，郭 康，樊 敏，劉宸鎧

(1.中煤科工西安研究院(集團(tuán))有限公司，陜西 西安 710077；2.陜西省煤礦水害防治技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710077；3.陜西郭家河煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721500；4.陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713600；5.陜西永隴能源開發(fā)建設(shè)有限公司，陜西 寶雞 721000)

陜西黃隴煤田作為國家規(guī)劃的大型煤炭基地，為國家煤炭增產(chǎn)保供發(fā)揮著重要作用。然而，煤層頂板水害威脅日益嚴(yán)重，給煤礦安全生產(chǎn)造成很大影響。例如，2016 年4 月25 日，銅川照金煤礦202 工作面發(fā)生一起水砂潰涌事故，造成工作面被淹，11 人遇難；2020 年3月29日、5月6日、7月1日，招賢煤礦1304 工作面發(fā)生3 次攜帶泥砂的離層涌水災(zāi)害，工作面被迫封閉；2021 年8 月21 日，郭家河煤礦1309 工作面膠帶巷低洼地段及盤區(qū)水倉被淹，部分支架被煤泥淤死，工作面風(fēng)流被阻斷，1 人涉險(xiǎn)被困；高家堡礦井正常涌水量達(dá)1.7×105m3/d，嚴(yán)重制約著煤礦正常生產(chǎn)，導(dǎo)致礦井多年無法達(dá)產(chǎn)。

部分學(xué)者對(duì)煤層頂板水害類型與涌水機(jī)理等進(jìn)行了研究。在水害類型劃分方面，武強(qiáng)院士等[1]提出了頂板充水型礦井水害的概念；虎維岳等[2]根據(jù)礦井充水水源和充水通道的不同組合關(guān)系提出了礦井水害類型“4-4-4 三線圖”劃分方法；董書寧等[3]將鄂爾多斯盆地侏羅紀(jì)煤田頂板水害類型概括為離層水害、薄基巖潰水潰砂、厚層砂巖水害和燒變巖水害4 種類型；李超峰[4]提出了頂板水害類型的透水系數(shù)識(shí)別方法。在頂板水害評(píng)價(jià)方法方面，武強(qiáng)院士等[5]提出了“三圖?雙預(yù)測(cè)法”。在頂板涌水機(jī)理方面，曹海東[6]、喬偉[7]、郭小銘[8]等分別研究了離層涌水或潰砂機(jī)理；李文平等[9]開展了突泥潰砂物源及成災(zāi)模式研究；靳德武等[10]提出了“楔入比”概念，將導(dǎo)水裂隙帶自下而上波及洛河組砂巖的厚度與洛河組總厚度之比(簡稱“楔入比”)作為減水開采的控制性指標(biāo)。在覆巖破壞與導(dǎo)水裂隙帶高度測(cè)試方面，尹尚先[11]、許延春[12]、張玉軍[13]等通過統(tǒng)計(jì)分析大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得了綜采條件下導(dǎo)水裂隙帶高度經(jīng)驗(yàn)公式；李超峰等[14-15]通過對(duì)黃隴煤田綜采條件下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，獲得了包括工作面面寬和煤層采高雙因素影響下的頂板導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)公式。

此外，還有學(xué)者提出了頂板水害防治的新概念和新方法。許家林等[16-18]提出了煤礦綠色開采概念，開展了充填開采技術(shù)實(shí)踐；靳德武等[10]結(jié)合陜西彬長礦區(qū)不同開采充水條件提出了采高控制型、限高?限寬型、隔離?注漿型3 種減水模式；董書寧等[19]采用帷幕截流方法解放了受燒變巖水害威脅的煤炭資源。

筆者在系統(tǒng)收集黃隴煤田典型煤礦地質(zhì)與水文地質(zhì)資料、工作面涌水資料的基礎(chǔ)上，分析工作面涌水規(guī)律、頂板水害類型及其主控因素，研究頂板巨厚砂巖含水層的水害形成機(jī)理，提出頂板水害防控關(guān)鍵技術(shù)，以期為頂板水害防治提供參考。

1 黃隴煤田概況

1.1 煤礦分布

黃隴煤田包括黃陵、焦坪、旬耀、彬長、永隴5 個(gè)礦區(qū)(圖1)；建有40 余對(duì)生產(chǎn)礦井，2021 年原煤產(chǎn)量1.19 億t。

圖1 黃隴煤田主要礦井分布Fig.1 Distribution of main mines in Huanglong Coalfield

1.2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

黃隴煤田位于我國鄂爾多斯盆地西南緣(圖1)，屬鄂爾多斯盆地涇河?馬蓮河二級(jí)地下水系統(tǒng)。其中，高家堡井田位于涇河?馬蓮河地下水單元腹地，洛河組含水層巨厚且強(qiáng)富水；郭家河井田位于地下水系統(tǒng)西南緣，處于地下水系統(tǒng)接受補(bǔ)給區(qū)域；青崗坪井田位于地下水系統(tǒng)東南緣接受補(bǔ)給區(qū)域。

1.3 典型煤礦水文地質(zhì)條件

選取頂板水害類型明顯不同的3 對(duì)生產(chǎn)礦井：高家堡礦井、郭家河煤礦、青崗坪煤礦，進(jìn)行典型煤礦水文地質(zhì)條件對(duì)比分析(圖2)。

圖2 典型礦井水文地質(zhì)剖面Fig.2 Hydrogeological sections of typical mines

1) 高家堡礦井41103 工作面

洛河組地層巨厚，為382.68～435.58 m，平均404.98 m；單位涌水量為0.231 2～2.288 0 L/(s·m)，富水性中等?強(qiáng)；安定組地層厚度較小，為7.27～38.20 m，平均22.21 m；煤層與洛河組間距，為63.55～96.49 m，平均80.22 m；開采煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶已充分波及洛河組強(qiáng)富水層段。

2) 郭家河煤礦1309 工作面

洛河組地層較厚，為113.00～305.79 m，平均199.27 m；單位涌水量為0.001 8～0.190 8 L/(s·m)，富水性弱?中等；安定組地層較厚，為138.86～180.99 m，平均168.47 m；煤層與洛河組間距巨大，為243.05～299.45 m，平均275.94 m；開采煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶未充分波及洛河組含水層。

3) 青崗坪煤礦42105 工作面

洛河組地層巨厚，為257.57～267.32 m，平均262.45 m；單位涌水量為0.041 0～0.225 9 L/(s·m)，富水性弱?中等；安定組地層缺失；煤層與洛河組間距較大，為103.18～115.7 m，平均109.44 m；開采煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶可波及洛河組含水層。

通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，3 對(duì)礦井的煤層頂板主要含、隔水層發(fā)育特征存在較大差異。郭家河煤礦安定組隔水層厚度最大，煤層與洛河組含水層間距最大；高家堡礦井安定組隔水層厚度較小，煤層與洛河組間距最?。磺鄭徠好旱V安定組隔水層缺失，煤層與洛河組間距較小。

2 頂板水害類型及工作面涌水規(guī)律

2.1 頂板水害類型及其分布

依據(jù)涌水特征，將黃隴煤田頂板含水層充水類型概括為3 類6 型。3 類包括持續(xù)涌水式、非持續(xù)涌水式和泥砂潰涌式。其中持續(xù)涌水式分為可控持續(xù)涌水型和高強(qiáng)度持續(xù)涌水型；非持續(xù)涌水式分為離層涌水型(包括偶發(fā)離層涌水型和頻發(fā)離層涌水型2 種)和脈沖式涌水型；加上泥砂潰涌型共6 型。

涌水類型具有明顯的地域性特點(diǎn)，例如永隴礦區(qū)主要表現(xiàn)為離層水形式的非持續(xù)涌水類型，彬長礦區(qū)主要為持續(xù)涌水類型，旬耀礦區(qū)出現(xiàn)過脈沖式涌水類型，永隴礦區(qū)和旬耀礦區(qū)均曾發(fā)生過泥砂潰涌型災(zāi)害。彬長礦區(qū)高家堡礦井是高強(qiáng)度持續(xù)涌水型的典型范例，2022 年8 月礦井涌水量可達(dá)1.7×105m3/d，為國內(nèi)地下開采煤礦涌水量之最，嚴(yán)重制約著礦井安全生產(chǎn)；胡家河、孟村、小莊、文家坡等煤礦屬于可控持續(xù)涌水型，礦井正常涌水量相對(duì)可控，對(duì)礦井生產(chǎn)影響不大。永隴礦區(qū)郭家河、招賢、崔木、園子溝等煤礦均表現(xiàn)為頂板離層涌水類型，其中崔木煤礦為典型的頻發(fā)離層涌水型，單個(gè)工作面多次發(fā)生離層涌水現(xiàn)象；郭家河煤礦為典型偶發(fā)離層涌水型，部分工作面發(fā)生1～3 次離層涌水，部分工作面未發(fā)生，規(guī)律性不明顯；招賢煤礦1304 工作面曾發(fā)生3 次攜帶泥砂的離層涌水災(zāi)害。旬耀礦區(qū)的青崗坪煤礦表現(xiàn)為脈沖式涌水型，即工作面涌水量時(shí)大時(shí)小。

同時(shí)，部分礦井出現(xiàn)泥砂潰涌災(zāi)害。例如，照金煤礦曾發(fā)生泥砂潰涌重大水害事故，郭家河、招賢、崔木等煤礦都曾出現(xiàn)過離層涌水伴有潰砂現(xiàn)象。

2.2 工作面涌水量變化規(guī)律

1) 持續(xù)涌水類型

頂板持續(xù)涌水類型礦井的回采工作面，瞬時(shí)涌水量隨回采面積增大而逐漸增大，在回采至初次見方時(shí)出現(xiàn)明顯的臺(tái)階狀增大，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值區(qū)間；工作面回采結(jié)束后，瞬時(shí)涌水量有所衰減，但采空區(qū)涌水量依然較大。在工作面回采至初次見方位置出現(xiàn)較大涌水之前，累計(jì)涌水量較長時(shí)間僅有微小增大；隨后累計(jì)涌水量隨著時(shí)間推移大致呈線性增加，增幅較大(圖3)。

圖3 高家堡礦井41103 工作面涌水量變化規(guī)律Fig.3 Variation law of water inflow in working face 41103 of Gaojiabao Coal Mine

2) 離層涌水類型

頂板離層涌水類型的回采工作面，正常涌水量相對(duì)較小甚至無涌水。離層涌水初期瞬時(shí)涌水量急劇增大，持續(xù)時(shí)間較短，累計(jì)涌水量相對(duì)有限，表現(xiàn)為一種典型的有限體積水體釋放的過程；累計(jì)涌水量隨每次離層涌水出現(xiàn)顯著增大，總體呈現(xiàn)臺(tái)階狀增大趨勢(shì)(圖4)。

圖4 郭家河煤礦1309 工作面涌水量變化規(guī)律Fig.4 Variation law of water inflow in working face 1309 of Guojiahe Coal Mine

3) 脈沖式涌水類型

頂板脈沖式涌水類型是一種比較少見的頂板涌水形式。工作面正常涌水量相對(duì)較小，隨著工作面回采多次出現(xiàn)數(shù)倍于正常涌水量的瞬時(shí)最大涌水量；累計(jì)涌水量隨時(shí)間線性增加，增幅較大。由于瞬時(shí)涌水量表現(xiàn)為一種類似脈沖形式的較短時(shí)間忽大忽小急劇變化趨勢(shì)，因此稱之為“脈沖式”涌水(圖5)。

圖5 青崗坪煤礦42105 工作面涌水量歷時(shí)曲線Fig.5 Variation law of water inflow in working face 42105 of Qinggangping Coal Mine

3 頂板水害形成的主控因素分析

3.1 地質(zhì)條件

地質(zhì)條件包括煤層厚度、埋深、構(gòu)造發(fā)育情況，含(隔)水層厚度、巖性及其組合，煤層與含(隔)水層間距等。地質(zhì)條件是頂板水害類型劃分的地質(zhì)基礎(chǔ)，也是影響煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育的重要因素。例如隔水層厚度較小或者不發(fā)育時(shí)，采煤對(duì)煤層頂板含水層的破壞影響更為劇烈，頂板涌水量更大；存在巨厚隔水層且煤層距離含水層較遠(yuǎn)時(shí)，采煤對(duì)煤層頂板含水層影響甚微，頂板涌水量微小甚至不涌水。煤層厚度制約采高，并與煤層埋深、含(隔)水層巖性及其組合、構(gòu)造發(fā)育情況等因素影響煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度。

以隔水層厚度為例進(jìn)行說明。安定組是區(qū)域隔水層。崔木煤礦22303 工作面安定組厚度為97.15～134.27 m，平均115.07 m；煤層與含水層間距為146.02～256.64 m，平均205.51 m。工作面離層涌水表現(xiàn)為頻發(fā)，即單個(gè)工作面發(fā)生多次離層涌水現(xiàn)象(圖6)。

圖6 崔木煤礦工作面離層涌水位置Fig.6 Locations of water inflow in working faces of Cuimu Coal Mine

郭家河煤礦一盤區(qū)工作面離層涌水形式表現(xiàn)為偶發(fā)，即部分工作面發(fā)生數(shù)次離層涌水，部分工作面不發(fā)生涌水。與崔木煤礦相比，郭家河煤礦安定組地層更厚，煤層與洛河組間距更大，而離層涌水形式由頻發(fā)過渡為偶發(fā)。因此，巨厚安定組泥巖是離層水害形成的關(guān)鍵性地質(zhì)控制因素，決定著離層涌水的表現(xiàn)形式。

3.2 水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)條件包括主要含水層厚度、富水性、滲透性，隔水層隔水能力等。水文地質(zhì)條件是頂板水害類型的控制因素，也是工作面涌水量大小的主要影響因素。

1) 洛河組垂向富水性

洛河組含水層是鄂爾多斯盆地白堊系地下水主要含水巖組，主要發(fā)育細(xì)、中、粗粒砂巖和泥巖類地層，其含水層內(nèi)部尚未發(fā)現(xiàn)區(qū)域上的隔水層。天然條件下，洛河組垂向水文地質(zhì)特征存在顯著差異，例如高家堡井田三、四盤區(qū)洛河組垂向上可劃分為上段、中上段、中下段和下段4 個(gè)含水層段，其中：中上段和中下段是主要含水層段，上段和下段為弱含水層段；富水性由強(qiáng)至弱依次為中上段、中下段、上段、下段[20](表1)。

表1 高家堡井田三、四盤區(qū)洛河組垂向水文地質(zhì)特征Table 1 Vertical hydrogeological characteristics of Luohe Formation in the third and fourth panels of Gaojiabao mine field

2) 洛河組水平富水性

含水層水平方向上的富水異常區(qū)是防治水工作的重點(diǎn)研究對(duì)象，一般通過物探探查、鉆探驗(yàn)證并預(yù)疏放水的方式消除水害威脅。

實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，含水層富水性可影響離層涌水。郭家河煤礦一盤區(qū)已回采9 個(gè)工作面，其中5 個(gè)工作面共發(fā)生10 次離層涌水，在地表河流位置附近出現(xiàn)3 次，有一定的規(guī)律可循，且瞬時(shí)涌水量和累計(jì)涌水量均顯著增大。表明在地表河流附近易發(fā)生離層涌水，分析主要接受地表河流滲漏補(bǔ)給，洛河組含水層富水性相對(duì)較強(qiáng)(圖7)。

圖7 郭家河煤礦一盤區(qū)工作面離層涌水位置Fig.7 Locations of water inflow in working faces of the first panel of Guojiahe Coal Mine

3.3 開采條件

開采條件包括采煤方法、工作面布置及回采順序、工作面尺寸(包括面寬、面長等)、采高以及煤層頂板導(dǎo)水裂隙等，開采條件是頂板水害形成的前提條件。煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶波及上覆含水層段及其發(fā)育范圍等，決定了參與工作面涌水的主要充水水源及其過水通道。采煤方法、工作面尺寸和采高等直接影響煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育情況，例如綜放比普采、條帶開采等條件下的煤層頂板導(dǎo)水裂隙發(fā)育更為劇烈，工作面寬度和采高共同影響煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度[14]。

李超峰[14]系統(tǒng)收集了綜放條件下黃隴煤田頂板導(dǎo)水裂隙帶高度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法獲得了面寬和采高雙因素影響下煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)公式。

4 黃隴煤田頂板水害形成機(jī)理

1) 脈沖式涌水機(jī)理

基本條件：煤層頂板主要含水層富水性弱，靜儲(chǔ)量較小，動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量甚微；煤層與主要含水層間距較小，例如小于100 m；關(guān)鍵隔水層厚度較小甚至缺失；煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶可直接波及上覆主要含水層(圖8)。

圖8 頂板脈沖式涌水地質(zhì)條件Fig.8 Geological conditions of pulsed water inrush on the roof

涌水機(jī)理：隨著工作面回采，煤層頂板導(dǎo)水裂隙周期性向前、向上發(fā)育，受其波及的煤層頂板主要含水層靜儲(chǔ)量釋放水量涌入工作面。由于含水層側(cè)向動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量甚微，靜儲(chǔ)量大量釋放后工作面涌水量隨即大幅度減小，繼續(xù)推采將發(fā)生反復(fù)涌水，周期性出現(xiàn)瞬時(shí)涌水量數(shù)倍于正常涌水量的變化趨勢(shì)。因此，工作面涌水量大小隨時(shí)間或者回采距離呈現(xiàn)出“脈沖式”急劇變化特征。

2) 持續(xù)涌水機(jī)理

基本條件：煤層頂板主要含水層富水性中等至強(qiáng)，靜儲(chǔ)量和動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量相對(duì)較大；煤層與主要含水層間距較小，例如小于100 m；關(guān)鍵隔水層發(fā)育，但厚度相對(duì)較小，例如20～50 m；煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶可直接波及上覆主要含水層(圖9)。

圖9 頂板持續(xù)涌水地質(zhì)條件Fig.9 Geological conditions of continuous water inrush on the roof

涌水機(jī)理：隨著工作面推進(jìn)，煤層頂板導(dǎo)水裂隙周期性向前、向上發(fā)育，受其波及的煤層頂板主要含水層靜儲(chǔ)量和動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量共同構(gòu)成工作面涌水。由于含水層側(cè)向動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量相對(duì)較大，靜儲(chǔ)量釋放時(shí)側(cè)向及垂向動(dòng)態(tài)補(bǔ)給水量也同步大量參與工作面涌水。因此，工作面涌水量隨時(shí)間或者回采距離呈現(xiàn)臺(tái)階式逐漸增大的變化過程。

3) 離層涌水機(jī)理基本條件：煤層頂板主要含水層富水性弱；煤層與主要含水層間距巨大(如200～300 m)；關(guān)鍵隔水層巨厚(如100～180 m)；煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶未直接波及頂板主要含水層，或已波及但被導(dǎo)水裂隙破壞的巨厚關(guān)鍵隔水層具有良好的再生隔水能力，使其在一段時(shí)間內(nèi)具備對(duì)一定量離層積水體的支撐作用(圖10)。

圖10 頂板離層涌水地質(zhì)條件Fig.10 Geological conditions of water inrush from spaces between roof layers

涌水機(jī)理：隨著工作面推進(jìn)，煤層頂板巖層之間由于不均勻沉降產(chǎn)生規(guī)模不一且動(dòng)態(tài)發(fā)育的離層空間；在接受相鄰含水層地下水滲流補(bǔ)給后，離層空間開始積水，形成離層積水體。當(dāng)離層積水量持續(xù)增加或受到采動(dòng)影響使離層下部密閉空間動(dòng)態(tài)積水平衡被打破時(shí)，工作面發(fā)生離層涌水。

4) 泥砂潰涌機(jī)理

泥砂潰涌是一種與頂板涌水相伴生的疊加災(zāi)害形式。當(dāng)煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育范圍內(nèi)存在膠結(jié)不良地質(zhì)體(圖10)或者出現(xiàn)冒頂時(shí)，伴隨涌水過程形成泥砂潰涌災(zāi)害。例如郭家河、招賢、崔木等煤礦都曾出現(xiàn)過離層涌水伴有潰砂的現(xiàn)象，照金煤礦曾發(fā)生泥砂潰涌重大水害事故。由于泥砂在較短距離內(nèi)即可沉淀，易堵塞水倉、巷道和工作面，使排水系統(tǒng)失效，造成工作面風(fēng)流阻斷、人員被困等嚴(yán)重后果。

5 頂板水害防控關(guān)鍵技術(shù)及管理對(duì)策

5.1 頂板水害防控技術(shù)

1) 地下水位監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)

當(dāng)含水層地下水涌入工作面時(shí)，其地下水位一般提前數(shù)天或數(shù)小時(shí)開始出現(xiàn)異常下降趨勢(shì)。因此，可通過地下水位異常下降預(yù)警工作面涌(突)水。煤礦建立礦井地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)在回采工作面附近設(shè)置主要含水層地下水位監(jiān)測(cè)分站并實(shí)現(xiàn)水位數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸。例如，離層涌水型和脈沖式涌水型礦井，應(yīng)在回采工作面內(nèi)沿其走向方向，按間距不大于500 m的距離分段設(shè)置地下水位監(jiān)測(cè)鉆孔。持續(xù)涌水型礦井應(yīng)在回采工作面附近300 m 范圍內(nèi)設(shè)置地下水位監(jiān)測(cè)鉆孔。

在積累一定的工作面涌水和地下水位變化數(shù)據(jù)后，可進(jìn)行地下水位變化與工作面涌(突)水之間相關(guān)性分析，從而確定回采工作面涌水預(yù)警的地下水位閾值。

2) 地面鉆孔疏放離層積水技術(shù)

包括地面鉆孔抽排和泄水2 種方式。

(1) 地面鉆孔抽排

在地面施工大口徑鉆孔(抽水段孔徑一般為400～500 mm)揭露煤層頂板主要含水層段并下泵保持長時(shí)間抽水。目前，永隴礦區(qū)郭家河和招賢煤礦采用地面鉆孔抽排方式疏放離層積水效果較好。自2021 年11 月14 日開始至2022 年8 月23 日，郭家河煤礦1310 工作面共施工7 個(gè)抽水孔，單孔抽水量37.20～166.90 m3/h，累計(jì)抽排水9.858×105m3，離層積水疏放效果顯著。

(2) 地面鉆孔泄水

采前施工地面鉆孔至煤層頂板，待工作面采煤通過鉆孔位置后即可與煤層采空區(qū)連通，發(fā)揮疏放離層積水作用并監(jiān)測(cè)地下水位變化情況。永隴礦區(qū)崔木、郭家河、園子溝等煤礦均采用地面鉆孔泄水方式疏放離層積水，取得了較好效果。

3) 井下泄水巷集中排水技術(shù)

盤區(qū)泄水巷：根據(jù)工作面煤層底板起伏形態(tài)，在煤層低洼區(qū)底板下施工盤區(qū)泄水巷并通過聯(lián)巷或者大口徑鉆孔將其與各工作面連通，實(shí)現(xiàn)涌水自流，及時(shí)排出工作面涌水。高家堡煤礦為高強(qiáng)度持續(xù)涌水型，主要采用盤區(qū)泄水巷保證了工作面的正常生產(chǎn)。

工作面泄水巷：根據(jù)煤層起伏形態(tài)，沿工作面走向在其低洼一側(cè)按“一路下山”原則施工泄水巷，并通過聯(lián)巷或大口徑鉆孔與其鄰近巷道連通，實(shí)現(xiàn)涌水自流出工作面。郭家河煤礦為偶發(fā)離層涌水型，主要采用工作面泄水巷排水技術(shù)實(shí)現(xiàn)“不淹面”“不堵人”。

4) 排水系統(tǒng)建設(shè)與維護(hù)技術(shù)

煤礦應(yīng)根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》要求建立礦井、盤區(qū)和工作面排水系統(tǒng)。對(duì)于正常涌水量和最大涌水量相差較大的礦井，例如離層涌水型和脈沖式涌水型礦井，應(yīng)建立具有一定抗災(zāi)能力的工作面排水系統(tǒng)；可施工大容積水倉并配備大泵量排水系統(tǒng)，確保涌水初期及時(shí)排出工作面或在工作面外某個(gè)空間暫時(shí)存儲(chǔ)起來，從而爭取撤人時(shí)間并顯著降低水害威脅程度。

排水系統(tǒng)檢修與維護(hù)是一項(xiàng)日常工作，應(yīng)確保排水能力的有效性，特別是在涌水初期發(fā)揮作用。

5) 減水開采技術(shù)

注漿和充填開采屬于減水開采的技術(shù)范疇。研發(fā)黃隴煤田煤層頂板巨厚砂巖含水層減水開采技術(shù)，既是黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的要求，也是礦井水害治理的迫切需要。由于洛河組存在吃漿量小和漿液擴(kuò)散半徑不大，注漿層位難以選擇、漿液難以快速形成有效注漿層段等技術(shù)問題，自2017 年至今，高家堡礦井實(shí)施了多個(gè)洛河組砂巖注漿減水工業(yè)性試驗(yàn)項(xiàng)目，目前仍然存在一些關(guān)鍵技術(shù)“瓶頸”有待攻克。亭南煤礦完成了1102 工作面充填開采試驗(yàn)，積累了減水開采的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

5.2 頂板水害防治管理對(duì)策

1) 工作面防治水“一面一策”制度

煤礦應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)工作面“一面一策”制度。編制工作面防治水設(shè)計(jì)，在專家評(píng)審或上級(jí)公司審批后作為防治水工作開展的依據(jù)。回采前，根據(jù)防治水工程實(shí)施情況，進(jìn)行工作面采前水文地質(zhì)條件安全性評(píng)價(jià)；回采后，及時(shí)總結(jié)積累防治水工作經(jīng)驗(yàn)，形成防治水工作技術(shù)體系。

2) 建立工作面水情日分析制度

煤礦應(yīng)當(dāng)建立工作面水情日分析制度。每天統(tǒng)計(jì)工作面地質(zhì)信息(如煤厚、構(gòu)造等)、采煤信息(如進(jìn)尺、產(chǎn)量、平均采高等)、支護(hù)信息(如煤壁片幫、支架初撐力等)、水情信息(如涌水征兆、涌水量、地下水位變化等)，以及其他相關(guān)信息(如瓦斯、礦震等)，分析工作面水情變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行預(yù)警。

3) 建立工作面精細(xì)管理制度

采煤工作面布置與設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮防治水工作需要。例如，工作面走向方向應(yīng)盡量避免巷道出現(xiàn)較大起伏變化從而形成易被水淹沒的低洼地段；運(yùn)輸巷應(yīng)設(shè)置在工作面較高一側(cè)從而顯著降低涌水對(duì)煤炭運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

受頂板水害威脅嚴(yán)重的煤礦，應(yīng)嚴(yán)格控制工作面推進(jìn)速度及采高，提高支架初撐力。據(jù)永隴礦區(qū)多個(gè)煤礦經(jīng)驗(yàn)，工作面停采后的復(fù)產(chǎn)初期離層涌水概率顯著增大，應(yīng)盡量避免較長時(shí)間的停采、滯采。采高直接影響頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度及其向上波及的含水層段，在可能出現(xiàn)異常涌水區(qū)段應(yīng)采取控制采高的措施降低異常涌水概率和強(qiáng)度。為了防止冒頂時(shí)支架被壓死導(dǎo)致涌(突)水災(zāi)害，煤礦應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際情況制定防冒頂和泥砂潰涌的專項(xiàng)技術(shù)措施，提高工作面支架和兩側(cè)巷道超前支架的初撐力。

4) 防治水工作例會(huì)制度

煤礦應(yīng)建立防治水工作月度例會(huì)制度，定期組織專家、技術(shù)人員和施工人員等共同分析防治水實(shí)施情況，總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，研判水情并提出防治水工作建議。

5) 與科研單位合作制度

頂板水害威脅嚴(yán)重且涌水機(jī)理不清、治理措施尚不可靠的煤礦，應(yīng)與科研單位建立長期合作關(guān)系；借助科研單位專業(yè)技術(shù)力量，提升煤礦重大水害治理能力與水平。為落實(shí)責(zé)任制、保證防治水工程實(shí)施效果，重大水害(如頂板離層水)治理的方案設(shè)計(jì)、施工、治理效果檢驗(yàn)原則上應(yīng)由同一單位完成?？蒲袉挝灰掷m(xù)跟進(jìn)礦井涌水量和地下水位等水情變化，動(dòng)態(tài)優(yōu)化防治水工程，不斷總結(jié)防治水工作經(jīng)驗(yàn)；在煤礦出現(xiàn)異常涌水、搶險(xiǎn)救災(zāi)等情形時(shí)提供專業(yè)技術(shù)支撐。

6) 建立專家會(huì)診及對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)制度

煤礦應(yīng)當(dāng)每年至少組織一次水害專家會(huì)診，依托專業(yè)技術(shù)力量對(duì)礦井水害進(jìn)行問診把脈。工作面回采前進(jìn)行防治水工程驗(yàn)收及安全評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在問題，提出防治水工作合理化建議。定期到條件相似礦井進(jìn)行技術(shù)交流，邀請(qǐng)專家開展防治水專題技術(shù)培訓(xùn)等。

6 結(jié)論

a.黃隴煤田頂板含水層充水可分為持續(xù)涌水式、非持續(xù)涌水式和泥砂潰涌式3 類，包括可控持續(xù)涌水型、高強(qiáng)度持續(xù)涌水型、偶發(fā)離層涌水型、頻發(fā)離層涌水型，脈沖式涌水型以及泥砂潰涌型6 型。

b.黃隴煤田地質(zhì)與水文地質(zhì)條件存在顯著差異。地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件是頂板水害類型差異化的基礎(chǔ)條件；開采條件是頂板水害形成的前提條件；地質(zhì)與開采條件共同影響煤層覆巖破壞情況，水文地質(zhì)條件影響礦井充水強(qiáng)度。

c.煤層頂板覆巖含水層水文地質(zhì)條件及隔水層賦存條件共同決定著頂板含水層充水類型。當(dāng)關(guān)鍵隔水層厚度較小甚至缺失，主要含水層富水性弱且其與煤層間距較小時(shí)可發(fā)生脈沖式涌水；當(dāng)關(guān)鍵隔水層厚度較大且發(fā)育穩(wěn)定，主要含水層富水性中等至強(qiáng)且其與煤層間距較小時(shí)可發(fā)生持續(xù)涌水；當(dāng)關(guān)鍵隔水層巨厚，主要含水層富水性弱且其與煤層間距巨大時(shí)可發(fā)生離層涌水；當(dāng)煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶范圍內(nèi)發(fā)育有膠結(jié)不良地質(zhì)體或者煤層出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象時(shí)，可形成水砂潰涌災(zāi)害。

d.地下水位監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)、地面鉆孔疏放離層積水技術(shù)、井下泄水巷集中排水技術(shù)、排水系統(tǒng)建設(shè)與維護(hù)技術(shù)、減水開采技術(shù)等是黃隴煤田頂板水害防治的關(guān)鍵技術(shù)；工作面精細(xì)管理制度、工作面水情日分析制度、專家會(huì)診及對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)制度等是水害防治配套管理對(duì)策。