梁磊

摘 要：神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)紅柳煤礦首采工作面初采186m范圍內(nèi)發(fā)生了4次較大規(guī)模的突水，最大突水量達(dá)到了3000m3/h，工作面兩次被迫停產(chǎn)。通過對(duì)首采工作面水文地質(zhì)條件的分析論證，認(rèn)為造成工作面突水的原因是采后形成的離層水，對(duì)已施工離層水探放鉆孔的分析、驗(yàn)證，總結(jié)出離層水的探放經(jīng)驗(yàn)和防治措施。

關(guān)鍵詞：突水 離層水 防治 技術(shù)

中圖分類號(hào)：TD742 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0069-02

1 礦井概況

紅柳煤礦位于寧夏靈武市馬家灘鎮(zhèn)境內(nèi)，井田南北走向長(zhǎng)約15km，東西走向?qū)捈s5.5km，面積約79.55km2。礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量11.88億t，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力800萬t，服務(wù)年限99年。

礦井采用斜井、立井混合開拓，2011年2月進(jìn)入聯(lián)合試生產(chǎn)，工作面采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化一次采全高采煤方法，現(xiàn)主要開采侏羅系中統(tǒng)延安組2煤和3煤。

2 水文地質(zhì)簡(jiǎn)介

井田含水層由上而下劃分為以下五個(gè)主要含水層：

（1）第四系孔隙潛水含水層（Ⅰ）。

（2）侏羅系中統(tǒng)直羅組裂隙孔隙承壓含水層（Ⅱ）。

（3）2煤～6煤間砂巖裂隙孔隙承壓含水層（Ⅲ）。

（4）6煤～18煤間砂巖裂隙孔隙承壓含水層（Ⅳ）。

其中（Ⅱ）含水層全井田發(fā)育，廣泛分布，以粗粒砂巖為主，多為2煤直接頂板，富水性較強(qiáng)，滲透性相對(duì)較好，是影響井田的主要充水含水層。

井田勘探報(bào)告中將紅柳井田劃分為水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單類型，預(yù)測(cè)礦井正常涌水量618m3/h，最大涌水量713m3/h。生產(chǎn)后，礦井實(shí)際涌水量與勘探報(bào)告預(yù)測(cè)涌水量存在較大差異，生產(chǎn)期間正常涌水量950m3/h，最大涌水量1360m3/h。紅柳煤礦委托西安煤科院對(duì)礦井水文地質(zhì)類型重新進(jìn)行了劃分，確定礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜型。

3 離層水成因及形成條件

3.1 離層水成因

當(dāng)工作面回采后，頂板破壞，離層空間逐漸形成，上、下分層粗砂巖含水層水順著導(dǎo)水裂隙帶涌入井下，礦井涌水正常，此時(shí)泥巖隔水層遇水膨脹、松散，逐漸填堵了導(dǎo)水裂隙，類似于“再造隔水層”，使得離層成為了可以儲(chǔ)水的地質(zhì)體，直羅組粗砂巖含水層雖然滲透性較弱，但是其具有孔隙水的特征，一旦可儲(chǔ)水的離層空間形成，地下水通過原生裂隙、孔隙充填到離層空間，使得離層成為了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的“儲(chǔ)水體”，此時(shí)整個(gè)地層處于平衡狀態(tài)，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，頂板破壞強(qiáng)度加大，伴隨著周期來壓，老頂大面積垮落、斷裂，原先的平衡被打破，離層水瞬間潰入工作面，造成突水。

3.2 離層水的形成條件

（1）2煤頂板的巖性及其組合特征。

紅柳煤礦首采工作面所采煤層為侏羅系中統(tǒng)延安組頂部2煤，該工作面2煤平均厚5.28m，2煤直接頂為粉、細(xì)砂巖，厚度8～10m，老頂為直羅組下段下分層粗砂巖含水層，厚度14.66～47.17m，平均厚度22.2m；其上為7.0～25.5m粉砂巖、泥巖，平均厚度20m，為隔水層；再向上為厚29.07～41.76m，平均厚40.6m的直羅組下段上分層粗砂巖含水層。正是2煤這種特殊的巖性組合為離層形成提供了條件。

（2）工作面開采前未整體進(jìn)行疏放水，為離層水的形成提供了水源條件。

（3）首采工作面開采初期設(shè)備運(yùn)行不正常，回采速度慢，時(shí)采時(shí)停，給頂板的緩慢下沉及離層水的蓄積提供了條件。

4 離層水防治技術(shù)

4.1 根據(jù)以往勘探成果，分析頂板覆巖中隔水關(guān)鍵層及組合特征，判斷形成離層水的可能性

北京煤科院利用鉆孔沖洗液漏失量觀測(cè)和地面鉆孔彩色電視法確定的工作面頂板覆巖破壞“兩帶”高度，即導(dǎo)水裂隙帶高度為62.59m，為采厚的11.85倍；垮落帶高度為42.76m，為采厚的8.10倍。通過分析導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)頂板覆巖中的含、隔水層，確定是否具備形成離層的巖性組合條件。

4.2 采前對(duì)煤層頂板直羅組底部粗砂巖含水層進(jìn)行有效疏放

每個(gè)工作面開采前在風(fēng)、機(jī)巷及切眼，根據(jù)老頂周期來壓步距每60m布置1個(gè)鉆場(chǎng)，施工3～5個(gè)鉆孔，呈扇形覆蓋整個(gè)工作面，另外向工作面周邊富水區(qū)域施工一部分鉆孔，疏放水周期為2～3個(gè)月，待水量減小趨于穩(wěn)定，水壓降至0.3MPa以下時(shí)方可回采。

在具備條件的工作面采用中長(zhǎng)距離定向鉆機(jī)施工疏放水鉆孔，選用ZDY6000LD（A）和ZDY6000LD型號(hào)鉆機(jī)，鉆孔最深達(dá)650m，增加鉆孔在含水層中的穿行距離，可直接覆蓋工作面，采用定向鉆孔施工可縮減鉆孔工程量，提前進(jìn)行疏放水，提高疏放水效率。根據(jù)已施工鉆孔涌水量觀測(cè)資料，常規(guī)鉆孔平均單孔最大涌水量21m3/h，穩(wěn)定涌水量為5.9m3/h。定向鉆孔平均單孔最大涌水量48m3/h，穩(wěn)定涌水量為18m3/h。

4.3 回采過程中探放離層水

紅柳煤礦2煤工作面垂向上的離層水發(fā)育最低點(diǎn)標(biāo)高在距煤層頂板以上45～55m，平面上位于機(jī)巷煤幫15～60m范圍，2煤回采周期來壓步距為60m，工作面開采過程中在每次周期來壓前10～15m對(duì)可能形成的離層水進(jìn)行探放。

根據(jù)離層水的探放經(jīng)驗(yàn)，在鉆孔設(shè)計(jì)施工中應(yīng)注意下列技術(shù)問題。

（1）從發(fā)育時(shí)間上看，離層水是隨著工作面的向前推進(jìn)逐步發(fā)育的，即隨采隨形成。離層水探放鉆孔在施工時(shí)間上要緊密結(jié)合工作面的回采進(jìn)度和垮落步距，施工時(shí)間過早離層水尚未大規(guī)模形成；施工時(shí)間過晚可能會(huì)影響工作面的正常推進(jìn)。

（2）先期施工的鉆孔隨著工作面的推進(jìn)，頂板覆巖移動(dòng)破壞，鉆孔會(huì)在一定程度上被破壞，影響疏水效果。

（3）受覆巖條件的影響，鉆孔在放水過程中會(huì)出現(xiàn)塌孔、堵孔現(xiàn)象，下設(shè)鋼制篩管后，疏水效果明顯。endprint

（4）由于離層發(fā)育位置的限制，設(shè)計(jì)的鉆孔參數(shù)要精確，施工要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行。

4.4 加強(qiáng)回采工作面涌水量預(yù)測(cè)

涌水量預(yù)測(cè)采用靜儲(chǔ)量和動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量聯(lián)合預(yù)測(cè)的方法，采用解析法和比擬法進(jìn)行計(jì)算，通過已回采工作面數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出適合本礦涌水量計(jì)算的相關(guān)參數(shù)，計(jì)算的涌水量與工作面回采后的實(shí)際涌水量值相差較小，提前配備好相應(yīng)的排水設(shè)施。

對(duì)于頂板含水層水靜儲(chǔ)量的預(yù)測(cè)，當(dāng)疏放水鉆孔總水量大于靜儲(chǔ)量預(yù)測(cè)值，并且鉆孔殘余水量等于或者小于動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量時(shí)，即可認(rèn)為頂板水疏放效果良好，達(dá)到了疏放水的目的；否則，需要延長(zhǎng)疏放時(shí)間或適當(dāng)加密疏放水鉆孔。

4.5 工作面設(shè)計(jì)時(shí)在最底點(diǎn)施工泄水通道，保證采空區(qū)涌水能順利排出

每個(gè)采區(qū)首采工作面開采前委托西安煤科院對(duì)工作面開采水文地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，工作面達(dá)到安全回采標(biāo)準(zhǔn)后方可開采。工作面回采過程中加快推進(jìn)速度，減少頂板離層水的大量蓄積。

5 防治效果

（1）I010201工作面頂板水疏放鉆孔自2010年5月13日開始施工，截至2010年11月21日，累計(jì)施工鉆場(chǎng)39個(gè)，共104個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺15612.5m，累積疏放水量63.5萬m3，鉆孔疏放水效果明顯，通過疏放含水層靜儲(chǔ)量，降低了水頭高度，消減了工作面周期性涌水的峰值涌水量，從而達(dá)到工作面采后涌水平穩(wěn)泄出的目的。

I010201工作面離層水探放鉆孔自2010年9月29日開始施工至2011年5月29日結(jié)束，累計(jì)施工鉆場(chǎng)13個(gè)，共39個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺4421.8m，下入篩管971.5m，累計(jì)疏放水量52萬m3。

通過施工頂板水疏放鉆孔和離層水探放鉆孔，工作面在恢復(fù)生產(chǎn)后，采空區(qū)涌水量穩(wěn)定在40～60m3/h，工作面連續(xù)安全回采1185m至結(jié)束。

（2）經(jīng)過不斷對(duì)2煤頂板含水層水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)，已探索出一套切實(shí)可行的頂板水（包括離層水）防治措施，通過采取采前疏放水、回采過程中探放離層水的措施，保證工作面的安全回采。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫魁.煤礦水害致災(zāi)機(jī)理研究[D].西安科技大學(xué)，2016.

[2] 楊吉平，李學(xué)華.工作面頂板離層水積水量預(yù)測(cè)及探放方案[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，27（3）：1-4.endprint