Ⅱ—東110采區(qū)10煤層防治水技術研究

錢江美　錢長春

【摘 要】介紹我礦Ⅱ-東110采區(qū)水文地質情況及充水水源，分析充水水源的原因，提出防治水措施。

【關鍵詞】含水層；構造；充水水源；突水系數(shù)分析；防治方法

0.采區(qū)水文地質概況

劉東煤礦Ⅱ-東110采區(qū)為下山采區(qū)，位于我礦井的南翼，蒙村背斜的東北側，由于受蒙村背斜影響，區(qū)域內(nèi)上部較陡，下部較緩，底板受上部水源補給充分，區(qū)域內(nèi)受F16、F21、DF1、F（1+2）逆斷層等切割，又受周圍大斷層影響，次生構造可能較發(fā)育。采區(qū)主要的含水層為10煤層頂、底板砂巖水，區(qū)域內(nèi)斷層也可能成為突水的通道?？赡艹霈F(xiàn)的陷落柱，而底板太原組灰?guī)r水，是回采時防治主要的含水層。

1.采區(qū)充水因素分析及防治方法初探

1.1 10煤層頂板砂巖含水層

該地層也稱二疊系山西組含水層，該含水層砂巖在我礦厚度6～8米，距10煤層頂板10～20米左右，粒度大，裂隙發(fā)育，施工的主、副延伸下山和10煤倉時都遇到這層砂巖，出水量都達到5～6m3/h，巷道施工時有一定影響。

防治方法：

該層砂巖水為靜水量，可疏干，掘進、回采時，做好水溝清理工作和在低洼處安裝完善的排水系統(tǒng)。就可防治頂板砂巖水。

Ⅱ東-10煤層底板5～9米處有一層灰色，中厚層狀的，厚度約4～5米，裂隙較發(fā)育，掘進-475東軌道時也有8-10m3/h出水。預計掘進、回采時局部會有出水現(xiàn)象。

防治方法：

該層砂巖水也為靜水量，也可疏干，掘進盡量少破底板，如出水時做好水溝清理工作和在低洼處安裝完善的排水系統(tǒng)。就可防治頂板砂巖水。

1.2 F16、F21、DF1、F（1+2）逆斷層可能引起出水

Ⅱ-東110采區(qū)南側為F16正斷層，受F16正斷層切割，使斷層對盤巖層上升，采區(qū)對盤為太原組灰?guī)r或奧陶系灰?guī)r。F21斷層距離設計的采區(qū)較遠，回采時不會受到影響，DF1斷層落差較大，回采過程中，如斷層受到破壞，也可誘發(fā)斷層出水，Ⅱ-東110采區(qū)位于F（1+2）逆斷層的下盤，采區(qū)下半?yún)^(qū)與F（1+2）逆斷層相隔，上方為含水豐富的太原組灰?guī)r，也可能引起突水。

防治方法：

首先根據(jù)中煤科工集團西安研究分院提供地面三維勘探資料斷層位置，提前請礦大進行礦井瞬變電磁法，查清斷層位置。

其次進行利用鉆機對斷層鉆探，探明斷層準確位置和漂移的方向。

再其次依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》附錄三（二）、含水或導水斷層防隔水煤（巖）柱的留設提供的公式，結合劉東礦實際情況進行設計，計算公式為：

L=0.5KM√3P/Kp……………………………………（1）

L：保護煤柱寬度，m；

K：安全系數(shù)，取2～5；

M：煤層厚度或采高，m；

Kp：煤抗拉強度，Mpa。

本井田采用98年中國礦業(yè)大學測定，10煤層抗拉強度為0.29MPa。留設好斷層保護煤柱，確保安全回采。

1.3可能出現(xiàn)的陷落柱

根據(jù)中煤科工集團西安研究分院提供地面三維勘探資料，Ⅱ-東110采區(qū)范圍內(nèi)沒有陷落柱存在，但不能完全排除三維勘探資料有偏差，我礦與劉橋第一煤礦同屬劉西井田勘探區(qū)，地層、地質情況基本一樣，劉橋第一煤礦生產(chǎn)過程中已經(jīng)遇見9個陷落柱，我礦在北七也出現(xiàn)3個陷落柱，基本未出現(xiàn)出水現(xiàn)象。南翼為新區(qū)域，不排除有陷落柱的存在。

防治方法：

首先由礦大進行礦井瞬變電磁法，查清區(qū)域內(nèi)是否有陷落柱存在，如有異常，進行鉆探驗證，查明陷落柱位置、大小，留設合理的保護煤柱。保證安全開采。

1.4 Ⅱ-東110采區(qū)底板太原組灰?guī)r水

Ⅱ-東110采區(qū)為下山采區(qū)，位于我礦井的南翼蒙村背斜的東北側，由于受蒙村背斜影響，區(qū)域內(nèi)上部較陡，下部較緩，底板受上部水源補給充分。我礦-475東軌道巷實測10煤層距太原組灰?guī)r47～52米，水壓在4.8Mpa，地面灰?guī)r水長觀孔水位+10米。

掘進巷道，底板需要的隔水層厚度。

計算公式如下面：t=L（√r2L2+8KpP-rt）/4Kp

式中 p-底板隔水層水頭壓力，Mpa；

t-安全隔水層厚度（m）；

L-巷道底板寬度（m）；

r-底板隔水層的平均重度，MN/m；

Kp-底板隔水層平均抗拉強度，Mpa

計算資料來自-475鉆孔實測和礦井現(xiàn)有資料。

t-安全隔水層厚度，m；

p-底板隔水層水頭壓力，4.8MpaL-巷道底板寬度，5m；

r-底板隔水層的平均重度，2.64*10-3MN/m3；

Kp-底板隔水層平均抗拉強度，1.08Mpa、得t=6.97m≈7m、47～52m>7m

根據(jù)計算結果，底板隔水層厚度需7米小于實測47～52m米，所以施工Ⅱ東-11001工作面運輸巷道無構造時不會受到底板太原組灰?guī)r水威脅。

回采工作面、式中： Ts=P/m

Ts—突水系數(shù)，MPa/m；

P—底板隔水層承受的水頭壓力，MPa；取最大值4.8+0.5（系數(shù)）=5.3；

M—底板隔水厚度，m；取47～52。

以上參數(shù)代入公式Ts1= 0.15（MPa/m）

Ts2=0.103（MPa/m）

根據(jù)計算回采工作面突水系數(shù)在0.15～0.103（MPa/m）遠遠超過淮北礦區(qū)回采工作面突水經(jīng)驗系數(shù)0.05MPa/m（不完整底板）～0.07MPa/m（不完整底板）。分析出回采Ⅱ東-110采區(qū)-475標高計算，易出水。

防治方法：（說明Ⅱ東-110采區(qū)工作面標高最低按-475米計算）

方案一、若保持現(xiàn)有水位高度，不降低水頭壓力，進行充填和改造底板隔水層厚度（三、四灰）。

根據(jù)Ⅱ東-110采區(qū)工作面突水系數(shù)的大小計算，隔水層厚度在78m以上，因此在現(xiàn)在的水壓下設計改造太原組三、四灰。

方案二、若降低水頭高度和進行充填、改造底板隔水層厚度（一灰～二灰）。

則改造一灰和二灰為隔水層，底板安全水壓為2.62～3.96Mpa，則水頭高度為降至-79～-213米。工作面充填開采，水頭高度最少降低至65米，進行設計改造一灰～ 二灰。

方案三、若進行局部注漿改造底板異常區(qū)和進行充填，需要降低水頭高度。

則進行局部注漿改造底板異常區(qū)和進行充填，（-475米的水壓為4.8Mpa）底板安全水壓2.0～3.0Mpa，水頭高度為-165～-265米。

2.方案比較

方案一：缺點：對出水量較大的三、四灰全部進行加固改造。巖溶發(fā)育，注漿改造工作量大，費用高，難度大，投入大。優(yōu)點：節(jié)省排水費用。

方案二：缺點：鉆探及注漿，工程量相對較大，需要人力多，投入大。優(yōu)點：相對時間短。產(chǎn)出效益快。

方案三：缺點，放水時間長、排水費用大。優(yōu)點：注漿、工程量少，人力，投入少，為后期深部開采提供有利條件。

通過三個方案比較，建議先按采用方案三實施，加大放水量，如效果不明顯則換成方案二。

3.存在問題和建議

（1）由于客觀原因不能對一灰、二灰與三、四灰之間的水力聯(lián)系做出科學正確的評價。

（2）根據(jù)其他礦和相鄰礦經(jīng)驗得出，雖然進行底板注漿改造后效果明顯，但驗證鉆孔仍然有出水現(xiàn)象。

（3）施工鉆孔，加大疏放水量，降低10煤層底板水頭水壓 ，為安全回采有著積極的意義。