礦井帶壓開采突水危險性分析

李立新

（梗陽煤業(yè)有限公司，山西呂梁033400）

礦井帶壓開采突水危險性分析

李立新

（梗陽煤業(yè)有限公司，山西呂梁033400）

針對梗陽煤業(yè)10#煤層西北部存在帶壓開采的問題，采用帶壓區(qū)域劃分的原理，對井下巷道掘進、工作面回采過程安全性進行分析評價，找出10#煤層受帶壓開采危害最大區(qū)域，再根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，確定礦井帶壓開采防治水的最佳方案，可為礦井安全生產(chǎn)提供保障。

帶壓開采；突水；評價；防水；對策

山西呂梁中陽梗陽煤業(yè)有限公司位于中陽縣樹則林-高家?guī)X一帶，距離中陽縣城西南約12 km。井田地處呂梁山西側(cè)，黃河?xùn)|岸，屬黃土高原地形地貌。最高點位于井田東南部山頂，海拔為1 387.5 m，最低點位于井田西部溝底，海拔1 133.0 m，最大相對高差約為254.5 m。

礦井井田面積13.75 km2，生產(chǎn)能力為210萬t，井田構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡單類，礦井水文地質(zhì)類型為中等，根據(jù)礦井水文地質(zhì)資料推測井田內(nèi)奧灰?guī)r溶水水位標(biāo)高在+838.0~+840.5 m，10#煤的底板等高線在+540~+1 100 m，井田內(nèi)10#煤層西北部均存在帶壓開采問題。

1 礦井奧灰含水層的水文地質(zhì)特征

該礦井10#煤層為太原組主采煤層，其直接充水因素為太原組灰?guī)r溶裂隙含水層。10#煤層上部的砂巖裂隙含水層通過冒落裂隙帶向礦井充水，是間接充水含水層。10#煤層西部最低底板標(biāo)高為+540 m，距奧灰頂面距離約為48.95 m；根據(jù)突水計算公式可知，10#煤層最大突水系數(shù)為0.07 MPa/m，小于正常塊段突水的臨界值0.10 MPa/m，大于底板受破壞塊段臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m。因此，正常情況下開采10#煤層發(fā)生底板奧灰突水的可能性小。

10#煤層的充水因素以太原組灰?guī)r為主，間接充水含水層為頂板以上砂巖裂隙含水層，另外根據(jù)該礦在施工中巷道揭露的3條正斷層均存在滲水、涌水現(xiàn)象，特別是F3斷層導(dǎo)水性強，揭露斷層時涌水量大，為保證礦井安全生產(chǎn)，對礦井內(nèi)部的隱伏構(gòu)造的探查非常必要，構(gòu)造是導(dǎo)水的主要通道。

10#煤層以下至奧灰頂界面隔水層厚度48.95 m，10#煤層老頂為泥質(zhì)石灰?guī)r，厚度為2.50 m；直接頂板為泥巖或粉砂巖，厚度3.00～6.00 m，平均4.00 m。底板偽底0.50 m炭質(zhì)泥巖，直接底板為泥巖，厚度1.30～3.10 m，平均2.50 m。煤層底板隔水層厚度較小，開采時底板破壞帶會導(dǎo)通奧灰含水層，對煤層開采十分不利。

2 帶壓開采安全性分析

2.1 帶壓區(qū)域的劃分

礦井帶壓開采，就是指主要含水層水位在主采煤層之上，奧灰水進入采掘工作面，主要的通路有斷層、陷落柱、裂隙帶等［1］。

根據(jù)前面的分析，該井田奧灰水位最低為+838 m，井田東南角10#煤層底板最低標(biāo)高為+540 m。10#煤層?xùn)|南部+838 m以下的煤層均存在帶壓開采問題。最大突水系數(shù)為0.07 MPa/m，在+838~+589.7 m，屬于帶壓開采相對安全區(qū)，在+589.7~+540 m，屬于帶壓開采相對危險區(qū)。

2.2 巷道掘進安全性評價

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》附錄四，掘進工作面底板隔水層安全水頭壓力值的計算公式如下：

式中：

t—安全隔水層厚度，m；

L—巷道底板寬度，m，取巷道設(shè)計寬度4 m，松動圈為2 m，L=6 m；

γ—底板隔水層的平均重度，MN/m3，取0．022；

Kp—底板隔水層的平均抗拉強度，MPa，取0．75；

P—底板隔水層承受的水頭壓力，MPa，10#煤為2．98。

經(jīng)計算，10#煤層的安全隔水層最小厚度為8．2 m。

該井田的10#煤層隔水層厚度為48．95 m，大于理論計算的8．2 m，因此，在正常區(qū)域掘進時，不會導(dǎo)致礦井突水，受奧灰水威脅較小。但礦井掘進前，必須進行物探和鉆探，摸清井下構(gòu)造情況，保證掘進安全。2.3回采過程安全性評價

式中：

Ts—突水系數(shù)，MPa/m；

H—井田西部推測奧灰水最高水位標(biāo)高與10#煤層最低底板標(biāo)高的高差，m，取298；

M—10#煤層以下至奧灰頂界面隔水層厚度，m，取48．95。

經(jīng)計算，井田西北部10#煤層奧灰水最大突水系數(shù)為0．07 MPa/m，即大于突水系數(shù)值0．06 MPa/m小于0．10 MPa/m，為帶壓開采相對安全區(qū)，但在構(gòu)造破壞地段存在突水危險性。

3 根據(jù)“下三帶”理論驗證帶壓開采安全性

礦井在采掘過程中會對煤層底板造成很大的破壞，破壞煤層底板到奧灰?guī)r頂板間的隔水層，從上至下形成破壞帶（h1）、有效阻水帶（h2）和承壓水導(dǎo)升帶（h3）3段，底板防水安全煤柱設(shè)計示意圖見圖1。當(dāng)?shù)V井的底板隔水層厚度（ha）大于三帶之和時，10#煤層在正常地段不會受奧灰水的威脅［2］。

通過對回采工作面的長期觀察得出煤層底板破壞帶的高度主要由回采工作面的長度決定，該礦回采工作面長度為180 m，根據(jù)統(tǒng)計公式h1=0．7+0．1 L，回采工作面底板破壞深度為18．7 m。

圖1 底板防水安全煤柱設(shè)計示意圖

有效阻水帶厚度等于作用在底板上的水壓力（P）除以阻水系數(shù)（Z），該井田10#煤層頂、底板巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖。根據(jù)井下實際測量數(shù)據(jù)，泥巖的阻水系數(shù)約為0．2 MPa/m。10#煤層最大水頭壓力為2．98 MPa，經(jīng)計算，得有效阻水帶為14．9 m。

根據(jù)離柳礦區(qū)實際揭露的奧灰?guī)r承壓水導(dǎo)升帶，h3一般在5 m左右，該礦取承壓水導(dǎo)升帶高度為5 m。

因此：h1+h2+h3=18．7+14．9+5=38．6 m＜48．95 m

經(jīng)計算得：10#煤層底板防水安全煤柱最少需要厚度為40．03 m，礦井10#煤層底板至奧灰?guī)r頂板間的隔水層厚度為48．95 m。因此，在正常塊段（無構(gòu)造）回采期間，不會導(dǎo)致工作面底板突水，但礦井在回采時應(yīng)積極探查隱伏構(gòu)造，以防斷層和陷落柱導(dǎo)水，做好防治水工作，確?；夭砂踩?。

4 帶壓開采防治水措施

通過對礦井在掘進和回采期間，奧灰突水危險的分析，得出礦井在正常塊段（無構(gòu)造）進行回采時，不會受奧灰水的威脅。但礦井在導(dǎo)水?dāng)鄬雍拖萋渲浇M行采掘活動時，必須做好防治水工作，留足保護煤柱，針對該礦井主要的防治水措施有以下幾點：1）做好該礦井井田內(nèi)隱伏構(gòu)造的探查工作，利用物探技術(shù)進行提前探查，用鉆探進行驗證，同時防治水工作應(yīng)當(dāng)堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施。2）井下采掘工作面在靠近或穿過斷層作業(yè)時，必須對斷層采取物探、鉆探等有效的探測手段，確定斷層的導(dǎo)水性、富水性以及瓦斯情況，采取有效措施防止水災(zāi)和瓦斯事故。3）對井田邊界、老采空區(qū)及積水區(qū)、導(dǎo)水?dāng)鄬?、陷落柱等按照《煤礦防治水規(guī)定》留設(shè)符合安全要求的防水安全煤柱。4）在礦井生產(chǎn)過程中應(yīng)采取可靠的探放水措施，加強探放水管理工作，及時進行工作面預(yù)注漿，以保證礦井安全生產(chǎn)。

5 結(jié)論

本文通過帶壓區(qū)域劃分、巷道掘進安全性評價、回采過程安全性評價對該礦井帶壓開采的安全性進行全面分析，利用“下三帶”理論對10#煤層回采時有無突水可能進行驗證，為礦井安全生產(chǎn)提供了重要的理論基礎(chǔ)。同時應(yīng)認識到礦井帶壓開采的危險性，加強防治水工作，確保證礦井帶壓開采的安全。

［1］煤炭科學(xué)研究總院北京開采所.地下開采現(xiàn)代技術(shù)理論與實踐新進展［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007:47-49.

［2］趙鐵錘.全國煤礦典型水害案例與防治技術(shù)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007:16-23.

Analysis on Water Inrush Risk of Mining with Water Pressure

Li Li-xin

Aims at Gengyang coal company No.10 coal seam northwest existing problems of mining with water pressure.Using the principle of dividing the pressure zone，analyzes and evaluates the safety of underground roadway on drivage and mining process.Finds the maximum area of No.10 coal seam danger.According to the regulations of mine water prevention and control，determines the best scheme of mining with pressure for prevention and treatment of water，and provides guarantee for the safety in production of coal mine.

Mining with high pressure；Evaluation of water inrush；Control measures of water inrush

TD745

B

1672-0652（2014）12-0043-02

2014-11-03

李立新（1966—），男，江蘇徐州人，1988年畢業(yè)于徐州煤炭工業(yè)學(xué)校，工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作（E-mail）841600247@qq.com