保德煤礦底板隔水性分析和防治水措施

陳義偉

(1.河南理工大學(xué)， 河南 焦作 454000； 2.國家能源集團神東煤炭集團保德煤礦，山西 保德 036600)

1 前言

保德煤礦井田南北走向長14.0km，東西傾向?qū)?.7km，面積55.9km2，地質(zhì)構(gòu)造簡單，煤層傾角3°～9°，平均5°。區(qū)內(nèi)可采煤層4層，分別為8#、10#、11#、13#煤層，目前正在開采的為最上部的8#、11#煤層。采掘區(qū)域主要有二、三、五盤區(qū)，充水來源主要為上覆砂巖裂隙含水層水、底板奧灰水、采空區(qū)積水。8#煤層底板標(biāo)高為+690～+740m，奧灰水含水層水位標(biāo)高+837～+863m。

底板奧灰水的補給來源以奧陶系灰?guī)r大面積裸露及半裸露區(qū)接受大氣降水為主，同時還接受上覆松散孔隙含水層、石炭二疊系裂隙含水層及地表水的入滲補給[1-4]。

面臨底板突水危險的礦井，在正常掘進和回采過程中，要充分利用煤層底板到奧灰水含水層之間的隔水層的隔水性能，保德煤礦在開采8#、11#煤層時同樣面臨奧灰水威脅，因此應(yīng)針對地板隔水層的隔水性進行分析，為制定防治水方案提供依據(jù)。

2 底板隔水性分析

2.1 隔水層分析

1)8#煤隔水層分析

8#煤層直接底多為砂質(zhì)泥巖和泥巖，基本底為粗、中、細粒砂巖。根據(jù)巖石力學(xué)實驗得出：8#煤層底板巖層平均抗壓強度16.6MPa，屬較軟弱底板，穩(wěn)定性較差。

根據(jù)Sk30鉆孔數(shù)據(jù)顯示，8#煤層底板厚度為118.64m，其中泥巖、泥灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖的總厚度為47.81m，泥巖占整個隔水層厚度的40.29%；根據(jù)Sk33鉆孔數(shù)據(jù)顯示，8#煤層底板厚度為110.90m，其中泥巖、炭質(zhì)泥巖厚度11.63m，泥巖占整個隔水層厚度的10.49%，具體情況見表1。根據(jù)以上鉆孔資料的統(tǒng)計結(jié)果，其中泥巖這種隔水性較好的巖層占整個隔水層厚度的比值變化相對較大，軟硬相間，在隔水層結(jié)構(gòu)未受到破壞時，具有良好的阻水性能。

2)11#煤隔水層分析

根據(jù)Sk30鉆孔數(shù)據(jù)顯示，11#煤層底板厚度為96.03m，其中泥巖、泥灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖總厚度32.14m，占整個隔水層厚度的33.46%；根據(jù)Sk33鉆孔數(shù)據(jù)顯示，11#煤層底板厚度為86.2m，其中泥巖、炭質(zhì)泥巖總厚度7.69m，占整個隔水層厚度的8.92%，具體情況見表1。根據(jù)鉆孔資料的統(tǒng)計結(jié)果，其中泥巖這種隔水性的巖層占整個隔水層厚度的比值變化范圍為8.92%～33.46%，變化范圍相對較大，煤層底板局部在隔水性能上存在較大差異。

表1 鉆孔巖層統(tǒng)計表

2.2 底板破壞深度

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，考慮采深、傾角和工作面斜長計算底板采動破壞深度h為[1-2]

h=0.008 5H+0.166 5α+0.107 9L-4.357 9

式中：H——開采深度；

α——煤層傾角；

L——工作面長度。

其中，保德煤礦工作面長度一般約為250m，8#煤埋深取700m，煤層傾角取5°。計算后得到h=29.4m；11號煤結(jié)合以往鉆孔資料，取深度740m，L為工作面長度，取平均值250m，計算后得到h=29.73m。

保德煤礦為研究煤層底板破壞深度，在81300- 1輔回撤通道內(nèi)設(shè)計鉆孔兩組，根據(jù)現(xiàn)場實測底板破壞深度為28.14～31.11m，最大為31.11m。

因此，根據(jù)以上經(jīng)驗公式及現(xiàn)場實測結(jié)果，煤層底板破壞深度采用現(xiàn)場實測的最大值，即31.11m。

根據(jù)以上鉆孔資料及底板破壞深度統(tǒng)計結(jié)果，8#煤層、11#煤層底板隔水層隔水性能存在差異，但總體上來講軟硬相間，具有一定厚度的隔水層結(jié)構(gòu)未完全受到破壞，仍具有較好的阻水性能。

3 工作面防治水措施

主采煤層8#煤和11#煤充水水源和充水方式各不相同。在礦井投產(chǎn)之前，尚無大規(guī)模實際開采資料，一些與防治水相關(guān)的地質(zhì)因素(隔水層厚度、構(gòu)造發(fā)育程度及類型、原始地應(yīng)力)和采場動態(tài)參數(shù)(礦壓特征、地板破壞深度)有待探測試驗。本井田8#煤層作為主采煤層之一，與眾多礦井開采山西組下部煤層一樣，與奧灰水(或太原群薄層灰?guī)r)并無直接間接力水力聯(lián)系。對于本井田，淺部廢棄煤窯積水和隱伏露頭第四系水入滲均不構(gòu)成充水因素，只是8#煤層頂板巨厚砂巖層組所含的裂隙水，在回采時以頂板淋水形式潰入采場。由于水源補給有限，因此隨采掘過程自然疏干。對于底板奧灰水，8#煤層開采時應(yīng)防止垂向?qū)萋渲拇嬖?，重點探測垂向?qū)畼?gòu)造[3-4]。

保德煤礦開采11#煤層時面臨底板奧灰水威脅是礦井防治水的重點問題?，F(xiàn)階段可以提出的防治水總體思路：“帶壓開采，探采結(jié)合，綜合防治，以防為主”。

根據(jù)保德煤礦礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及工作面帶壓開采條件和受水害威脅程度分析，為確保8#、11#煤工作面安全回采，今后重點采取以下3個防治水措施：

(1)充分利用8#、11#煤層底板的阻水性能，進行“帶壓開采”。

(2)對周圍的小煤礦重點關(guān)注，防止老窯水潰入。

(3)設(shè)立水閘門實現(xiàn)隔離開采，預(yù)掘臨時水倉，增加一定的泄水空間，并備足一定的臨排能力，建立安全措施，設(shè)定避災(zāi)路線。

4 總結(jié)

(1)根據(jù)底板破壞深度經(jīng)驗公式及現(xiàn)場實測結(jié)果，確定8#煤層底板破壞深度采用現(xiàn)場實測的最大值，即31.11m；11#煤層底板破壞深度根據(jù)經(jīng)驗公式計算為29.73m。

(2)根據(jù)以上鉆孔資料及底板破壞深度統(tǒng)計結(jié)果，8#煤、11#煤底板隔水層軟硬相間，具有一定厚度的隔水層結(jié)構(gòu)未受構(gòu)造破壞，具有較好的阻水性能，提出“帶壓開采，探采結(jié)合，綜合防治，以防為主”的開采路線。