綜放開采煤層頂板離層積水涌突特征及防治關(guān)鍵技術(shù)研究

呂廣羅，李文平，黃 陽(yáng)，張 勇，田剛軍，肖荃澤，呂品田

（1.國(guó)土資源部煤炭地質(zhì)勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州 221116；3.陜西永隴能源開發(fā)建設(shè)有限公司崔木煤礦，陜西寶雞 721501；4.陜西省一八六煤田地質(zhì)有限公司，西安 710054）

綜放開采煤層頂板離層積水涌突特征及防治關(guān)鍵技術(shù)研究

呂廣羅1，4，李文平2，黃 陽(yáng)3，4，張 勇4，田剛軍4，肖荃澤4，呂品田4

（1.國(guó)土資源部煤炭地質(zhì)勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州 221116；3.陜西永隴能源開發(fā)建設(shè)有限公司崔木煤礦，陜西寶雞 721501；4.陜西省一八六煤田地質(zhì)有限公司，西安 710054）

通過(guò)對(duì)大埋深巨厚煤層綜放開采條件下多起異常涌突水事故的研究，發(fā)現(xiàn)了一種新的礦井涌突水致災(zāi)類型，即煤層頂板覆巖離層積水涌突災(zāi)害，并提出相應(yīng)的水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)和防治技術(shù)體系，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到推廣應(yīng)用。在研究陜西省黃隴侏羅系煤田永隴礦區(qū)崔木煤礦工作面頂板離層積水涌突水事故時(shí)發(fā)現(xiàn)：離層積水涌突具有突發(fā)性強(qiáng)、危害性大、防治困難等特點(diǎn)，積水離層主要發(fā)育在白堊系砂礫巖與侏羅系泥巖接觸帶以及白堊系下部砂礫巖段，離層積水的補(bǔ)給來(lái)源以白堊系砂礫巖地下水為主，離層積水形成、賦積和涌突受覆巖結(jié)構(gòu)，破斷特征，開采方式和采放高度、推進(jìn)速度等多種因素控制。實(shí)踐證明：離層水害防治，可采用地面直通式導(dǎo)流泄水孔與井下探放水孔相結(jié)合的疏放手段，和以控制采高、推進(jìn)速度、強(qiáng)化疏排為主要措施的綜合防治技術(shù)體系；離層水害預(yù)警，可采用以監(jiān)測(cè)孔水位、覆巖破斷距、工作面來(lái)壓、支架異常狀態(tài)、圍巖異常變化、瓦斯釋放速率突增等為核心指標(biāo)的聯(lián)合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

綜放開采；大埋深巨厚煤層；離層積水涌突；防治技術(shù)；崔木煤礦

0　引言

離層是由煤層頂板采動(dòng)覆巖不同步彎曲沉降引起的層面（或薄弱面）破裂分離現(xiàn)象，對(duì)離層形成機(jī)理與力學(xué)模型已有學(xué)者給予了專門研究。高延法將采后覆巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型分為破裂帶、離層帶、彎曲帶和松散層帶[1]，許家林等認(rèn)為覆巖離層主要出現(xiàn)在各關(guān)鍵層下，覆巖離層最大發(fā)育高度止于覆巖主關(guān)鍵層[2]，孫占國(guó)等對(duì)煤層開采離層的形成機(jī)制和發(fā)育規(guī)律等做了相關(guān)研究[3-9]。離層的萌生、發(fā)展、擴(kuò)大、閉合是覆巖運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，所形成的空間為離層積水的賦集、運(yùn)移和儲(chǔ)存提供了必要的通道和空間。

離層積水涌突具有瞬時(shí)水量大、突水征兆不明顯、危害大等特點(diǎn)，在煤礦水害分類上尚未發(fā)現(xiàn)，屬于一種新的水害類型[10]。程新明等對(duì)工作面發(fā)生的頂板離層水害的成因、探查與防治等進(jìn)行了研究[11-22]。以往對(duì)頂板離層水的研究多是因?yàn)槊簩盈B加開采造成上覆巖層不均勻沉降而產(chǎn)生離層空間，煤層多為中厚-厚煤層，防治方法主要采用井下探放水鉆孔對(duì)離層積水進(jìn)行疏放，且研究成果多基于我國(guó)中東部煤礦。近年來(lái)，在陜西省黃隴侏羅紀(jì)煤田銅川焦坪礦區(qū)玉華煤礦，彬長(zhǎng)礦區(qū)火石咀煤礦、大佛寺煤礦，麟游北部礦區(qū)郭家河煤礦和崔木煤礦曾發(fā)生多次工作面離層積水涌突事故，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重危害礦井安全生產(chǎn)[23-25]。本文以成功預(yù)防崔木煤礦巨厚大埋深煤層綜放開采離層積水涌突為例，在分析礦井開采技術(shù)條件和離層積水涌突特征的基礎(chǔ)上，對(duì)離層積水涌突防治關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討和研究。

1　礦井地質(zhì)及開采技術(shù)條件

1.1礦井地質(zhì)

崔木煤礦位于陜西省黃隴侏羅紀(jì)煤田永隴礦區(qū)麟游區(qū)東北端，為掩蓋式煤田，地表溝谷中零星出露有白堊系下統(tǒng)洛河組，其上新近系及第四系廣泛覆蓋。礦井地層按照由老到新的順序依次為：三疊系中統(tǒng)銅川組，侏羅系下統(tǒng)富縣組、中統(tǒng)延安組、直羅組和安定組，白堊系下統(tǒng)宜君組、洛河組，新近系中新統(tǒng)，第四系中上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。含煤地層為延安組，主采3號(hào)煤層埋深540～600 m，傾角為3°～6°，一般厚度14.75～17.3 m，平均厚度16.89 m，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，屬較穩(wěn)定煤層。

礦井地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，3煤底板總體為一東南高西北低的波狀單斜構(gòu)造，呈EW向展布，煤層底板高程626.10～937.39 m，平均每公里下降47 m。煤層偽頂呈孤立島狀零星分布，厚度0.22～1.04 m，一般0.5 m，為炭質(zhì)泥巖、泥巖，局部地段，煤層直接與砂巖老頂接觸，直接頂砂泥巖則普遍發(fā)育。偽頂厚度薄，穩(wěn)定性差，隨著煤層開采而冒落，屬不穩(wěn)定巖體；直接頂砂泥巖呈互層狀產(chǎn)出，屬穩(wěn)定性較差的巖體；老頂砂巖一般為中等穩(wěn)定巖體。

1.2含（隔）水層及其水文地質(zhì)特征

崔木煤礦含（隔）水層水文地質(zhì)特征如圖1所示。

侏羅系中統(tǒng)直羅組砂巖含水層、延安組煤層及其頂板砂巖含水層為煤層開采頂板直接充水含水層，但其埋藏深、裂隙不發(fā)育、補(bǔ)給條件差、富水性弱，井巷充水易于疏排，對(duì)煤層開采影響不大。白堊系下統(tǒng)砂礫巖雖為煤層頂板間接充水含水層，但其厚度大、分布廣、富水性好，且與區(qū)域強(qiáng)含水層相聯(lián)，嚴(yán)重威脅礦井安全開采。

1.3煤層頂板覆巖結(jié)構(gòu)

從覆巖厚度變化規(guī)律、巖性組合特征、構(gòu)造發(fā)育程度、巖石物理力學(xué)性質(zhì)、巖體質(zhì)量特征等方面，對(duì)主采煤層頂板至白堊系砂礫巖含水層底界之間覆巖發(fā)育特征進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明：煤層頂面至砂礫巖含水層底界面之間的覆巖厚度125.43～277.80 m，平均185.80 m，由互層狀泥巖與砂巖組成。泥巖、砂質(zhì)泥巖累計(jì)厚度5.85～177.99 m，平均92.74 m，占總厚度的8.52%～83.92%，平均占比57.75%，且與煤層厚度呈正相關(guān)關(guān)系；中、粗粒砂巖累計(jì)厚度1.50～112.67 m，平均44.63 m，占總厚度的6.47%～74.16%，平均26.14%；粉砂、細(xì)粒砂巖累計(jì)厚度平均占總厚度16.10%，局部地段因相變成泥巖而厚度變小乃至缺失。巖層中發(fā)育的小規(guī)模正斷層和裂隙，斷距一般小于5 m，以2～3 m居多，延伸方向NW、EW和NE，傾角50°～80°；覆巖總體呈中等堅(jiān)硬，泥巖、砂質(zhì)泥巖與砂巖易水解為軟巖、極軟巖；煤層采動(dòng)形成的導(dǎo)水裂隙容易閉合、重新充填膠結(jié)恢復(fù)隔水性能，具備一定的阻隔上覆含水層地下水向下滲流的作用，可有效降低煤層頂板含水層充水強(qiáng)度。

2　離層積水涌突特征

崔木煤礦采用立井單一水平開采，全井田共劃分為6個(gè)盤區(qū)，移交盤區(qū)為21盤區(qū)。工作面回采期間，曾發(fā)生多起頂板離層積水涌突水事故。

2.1涌突水規(guī)模以中型突水點(diǎn)為主

據(jù)崔木煤礦210301、210302及210303工作面涌突水情況統(tǒng)計(jì)：平均涌突水量小于60 m3/h的涌突水情況有4次，涌水量60～600 m3/h的涌突水情況有17次，涌突水量600～1800 m3/h的涌突水事故有4次，可見(jiàn)所發(fā)生的涌突水事故中，以中型突水點(diǎn)為居多。

2.2涌突水事故與覆巖破斷及見(jiàn)方來(lái)壓密切相關(guān)

涌突水的發(fā)生隨工作面推進(jìn)呈周期性出現(xiàn)，大的涌突水主要發(fā)生在工作面推進(jìn)距離為傾向上面長(zhǎng)的整數(shù)倍附近。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在涌突水水量大于100 m3/ h的涌突水事故中，全部伴隨著冒頂、抽頂、煤壁片幫、支架壓死等現(xiàn)象。究其原因，與覆巖破斷密切相關(guān)。如圖2所示，大的涌突水事故主要發(fā)生在距離切眼200～230 m，300～345 m，420～500 m，570～595 m，與覆巖初次破斷距和周期性破斷距基本一致。覆巖破斷及離層閉合為離層積水涌入工作面提供了沖擊動(dòng)力和通道。

圖1　水文地質(zhì)柱狀Figure1Hydrogeologicalcolumnarsection

圖3顯示了210303工作面7月11日至28日頂板來(lái)壓、涌突水及水位變化過(guò)程，I、II、III1、III2、IV分別表示不同的涌突水階段。由圖可知，工作面始終遵循頂板來(lái)壓—水位下降—涌突水事故發(fā)生的規(guī)律。

據(jù)此，分析礦壓變化規(guī)律可有效判別工作面是否發(fā)生涌突水，頂板來(lái)壓亦間接對(duì)涌突水事件起到預(yù)警作用。

圖2　工作面涌突水量與切眼距離關(guān)系Figure2Relationshipbetweenworkingfacegushingandburstingwaterinflowandcutdistance

圖3　工作面涌突水與頂板來(lái)壓關(guān)系曲線Figure3Relationshipcurvebetweenworkingfacegushing,burstingandroofpressuring

2.3水化學(xué)成分可間接顯示涌突水源自上覆白堊系砂礫巖水

礦井涌突水的主要化學(xué)成分、水質(zhì)類型、pH值、礦化度和總硬度等水化學(xué)特征與礦井充水含水層及工作面礦井水分析對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1　礦井充水含水層地下水主要化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)Table1Statisticsofminewaterfillingaquifergroundwatermainchemicalcomponents

由表1可以看出：侏羅系地下水中HCO3離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.66%，白堊系地下水為54.65%～76.55%，工作面及采空區(qū)礦井水為32.71～40.96，顯示礦井水中滲入了部分白堊系地下水；礦井涌突水中HCO3離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)44.32%～46.74%，說(shuō)明有更多的白堊系地下水參與其中。另?yè)?jù)礦化度、水化學(xué)類型等水化學(xué)特征的變化，亦可反映出工作面礦井水與礦井涌突水的水化學(xué)特征具有侏羅系與白堊系地下水混合作用的特征，且礦井涌突水中白堊系地下水參與的成分更高。可見(jiàn)，白堊系地下水是礦井涌突水主要來(lái)源之一。

2.4水位變化與工作面涌突水密切相關(guān)

洛河組地下水位隨井下工作面涌突水呈周期性升降波動(dòng)。當(dāng)?shù)叵滤煌唤禃r(shí)，井下發(fā)生涌突水；涌突水結(jié)束后，地下水位回升，直到下一次涌突水時(shí)，又突然下降（圖4）。

由圖4可見(jiàn)：洛河組地下水位（K1L）總體呈波浪狀下降，出現(xiàn)的12個(gè)波谷對(duì)應(yīng)井下12次工作面涌突水。從2013年2月到2014年2月，以平均波峰值統(tǒng)計(jì)水位下降7.64 m，以波谷值統(tǒng)計(jì)下降33.25 m?？傮w水位年降幅7.64～33.25 m，平均降幅每年20.45 m。洛河組水位表現(xiàn)為涌突水前水位驟降，而后水位開始回升。

3　離層積水防治關(guān)鍵技術(shù)

3.1預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

基于離層積水涌突過(guò)程中含水層水位下降超前于工作面突水，水位降幅和降速與工作面來(lái)壓強(qiáng)烈程度密切相關(guān)，水位變化幅度和降速越大，工作面來(lái)壓越強(qiáng)烈，壓架突水危險(xiǎn)性越大。覆巖破斷是導(dǎo)致水位突變與頂板來(lái)壓突水之間存在聯(lián)動(dòng)效應(yīng)的主要原因，伴隨著關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)破斷、滑落、失穩(wěn)，大量采空區(qū)體積傳至上覆砂礫巖含水層形成積水離層帶，離層積水在覆巖破斷沖擊力和靜水壓力作用下，穿過(guò)導(dǎo)水裂隙下泄?jié)⑷牍ぷ髅?，水位出現(xiàn)大幅度快速下降，發(fā)生壓架突水事故。利用含水層水位變化與頂板來(lái)壓突水的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，可建立以監(jiān)測(cè)孔水位＋覆巖破斷距＋工作面來(lái)壓＋支架異常狀態(tài)＋圍巖異常＋瓦斯釋放速率突增為核心指標(biāo)的離層積水涌突聯(lián)合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。結(jié)合崔木煤礦開采實(shí)踐，所確定涌突水聯(lián)合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)核心指標(biāo)參數(shù)如下：

①長(zhǎng)觀孔水位：監(jiān)測(cè)孔水位出現(xiàn)下降，降速大于0.03 m/h，降幅大于2 m；

圖4　地下水位動(dòng)態(tài)與礦井突水量關(guān)系Figure 4 Relationship between groundwater level dynamic and mine water bursting inflow

②覆巖破斷距：離層積水段覆巖初次破斷距為300～350 m，周期破斷距150～175 m，破斷位置50 m范圍為涌突水預(yù)警范圍；

③工作面來(lái)壓：壓力上限為連續(xù)5支架壓力記錄儀超過(guò)13500 kN；

④支架異常狀態(tài)：安全閥大面積、頻繁開啟，支架活柱量接近下限值0.8 m；

⑤圍巖異常：煤壁片幫加劇、范圍變大，煤炮聲頻繁、連片出現(xiàn)；

⑥瓦斯涌出速率出現(xiàn)突增。

運(yùn)用上述指標(biāo)和方法，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與驗(yàn)證結(jié)果如表2所示，表明指標(biāo)參數(shù)符合工作面涌突水來(lái)壓實(shí)際，涌突水壓架事故預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)效果良好。

表2　礦井涌突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與實(shí)際涌突水情況統(tǒng)計(jì)Table2Statisticsofminewatergushingandburstingpredictedandactualsituations

3.2防治措施

在做好涌突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作的同時(shí)，離層積水防治至關(guān)重要?？紤]到工作面頂板覆巖離層積水主要賦存于安定組頂面以上洛河—宜君組下部砂礫巖段，與煤層頂板垂直距離大于180 m；煤層頂板與上覆離層積水體之間覆巖結(jié)構(gòu)為砂泥巖互層，且以泥巖居多，井下探放和疏排離層積水鉆孔施工難度較大；加之離層積水的形成與涌突屬動(dòng)態(tài)過(guò)程，需隨時(shí)監(jiān)測(cè)孔內(nèi)及其周圍水情變化，及時(shí)采取相應(yīng)疏通措施?；谏鲜龇治觯x層積水防治的總體思路是強(qiáng)化“疏、排”措施，可概括表述為：超前疏放頂板水，直通導(dǎo)流離層水，優(yōu)化采掘技術(shù)，確保排水設(shè)備能力和應(yīng)急發(fā)揮作用。形成以地面直通式導(dǎo)流泄水孔與井下探放水孔相結(jié)合的離層積水疏放系統(tǒng)，和以控制采高、推進(jìn)速度、強(qiáng)化疏排為主要措施的離層積水涌突綜合防治體系。地面直通式導(dǎo)流泄水孔及井下探放水孔對(duì)離層積水的疏排和探放功能如圖5所示。

3.2.1地面直通式導(dǎo)流泄水孔

結(jié)合對(duì)工作面離層發(fā)育層位判斷，離層持續(xù)時(shí)間的力學(xué)分析，以及離層積水涌突通道形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)理分析，工作面推進(jìn)300～350 m發(fā)生覆巖離層（洛河組底部離層）初次閉合，而之后的周期閉合距在150～170 m。在工作面開切眼后130～170 m布置直通導(dǎo)流孔，并且在采前完成。地面直通式導(dǎo)流泄水鉆孔具有提前疏排離層積水、防止工作面離層水害，覆巖變形動(dòng)態(tài)觀測(cè)，頂板導(dǎo)水裂隙帶探查以及地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)功能。地面直通式導(dǎo)流泄水孔技術(shù)，已在崔木煤礦全面實(shí)施，并推廣到鄰近招賢煤礦、亭南煤礦和郭家河煤礦。

3.2.2井下探放水孔

針對(duì)離層積水，探放水孔的終孔層位為洛河組下部含水層段離層積水富集帶。210302工作面井下探放水鉆孔施工期間，鉆遇厚層致密泥巖施工難度大，泥巖中粘土礦物遇水膨脹，鉆孔縮徑嚴(yán)重，加之覆巖沉降破斷等因素，影響了鉆孔放水效果。臨近火石咀礦井在回采工作面的軌道順槽向采空區(qū)方向打200～250 m放水孔，每相隔70～110 m設(shè)1個(gè)放水點(diǎn)，每個(gè)放水點(diǎn)施工3個(gè)鉆孔[23]。以采面方向與順槽30°夾角，上仰45°，鉆孔直徑159 mm，孔口管長(zhǎng)10 m，用化學(xué)黏劑封孔，做耐壓試驗(yàn)使壓強(qiáng)達(dá)到3.5 MPa/m2以上。部分點(diǎn)位實(shí)現(xiàn)了單孔放水量150 m3/h，單點(diǎn)位放水量450 m3/h。

圖5　地面直通式導(dǎo)流泄水孔與井下探放水孔示意Figure 5 A schematic diagram of surface through-type diversion,drainage boreholes and underground exploration,drainage boreholes

3.2.3控制采放高度和推進(jìn)速度

3.2.3.1控制采放高度

為選擇合理的采放高度，必須確定頂板隔水層厚度和煤層開采導(dǎo)水裂隙帶高度?？紤]到離層積水在靜水壓作用下涌突時(shí)，離層下部完整巖層在自重及離層水壓作用下發(fā)生彎曲變形，其受力狀態(tài)與采場(chǎng)底板巖層受底板承壓水體的力學(xué)作用類似。據(jù)此，可引入底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的臨界突水系數(shù)[26]，來(lái)確定離層水靜水壓力下完整巖層的頂板隔水層厚度。白堊系砂礫巖含水層水柱高度為246.29 m，臨界突水系數(shù)取0.1 MPa/m，則頂板隔水層厚度為24.63 m。

關(guān)于綜放采煤條件導(dǎo)水裂隙帶高度，國(guó)內(nèi)在兗州、淮南、鐵法、銅川、潞安、彬長(zhǎng)等礦區(qū)開展了一些工作。有關(guān)學(xué)者初步總結(jié)了中硬、軟弱頂板條件下覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計(jì)算公式[27-33]。本次在崔木煤礦210301工作面通過(guò)鉆孔沖洗液消耗量觀測(cè)、水位觀測(cè)、鉆孔井下攝相觀測(cè)、水質(zhì)分析等綜合方法分析研究確定了導(dǎo)水裂隙帶上限。運(yùn)用不同方法得出的綜放開采裂采比見(jiàn)表3。

表3　裂采比綜合確定Table3Integrateddeterminationofwaterconductedzoneheight/shearheightratio

為防止煤層頂板離層積水涌突，考慮到頂板隔水層厚度應(yīng)不小于24.63 m，裂高采厚比取19.97，煤層頂板與白堊系含水層底界之間的巖柱高度取平均值185.80 m，據(jù)此計(jì)算的采高值為8.07 m?？紤]一定的安全系數(shù)，采放高度小于8 m時(shí)，對(duì)離層水水害防治較為有利。

3.2.3.2控制推進(jìn)速度

當(dāng)采場(chǎng)覆巖中離層上位巖層一定時(shí)，離層持續(xù)的時(shí)間與煤層開采速度成反比，即工作面推進(jìn)速度越快，則不利于離層積水，或在回采期間離層水涌突水幾率相對(duì)較小。在離層空間形成并不斷增大的過(guò)程中，設(shè)定洛河組含水層水頭（Hi）降至洛河組底界標(biāo)高（H0），即相對(duì)水位標(biāo)高為零，周邊洛河組含水層中的水會(huì)在水頭壓差下向離層內(nèi)流動(dòng)。根據(jù)承壓含水層地下水動(dòng)力學(xué)計(jì)算公式，離層空間第i邊的單寬流量（qi）計(jì)算公式為：

由此，可得總離層積水量為：

其中：k——離層范圍內(nèi)洛河組含水層的滲透系數(shù)，m/d；

M——離層空間頂板含水層平均厚度，m；

Ri——離層空間第i邊的對(duì)應(yīng)水位降深的影響半徑，m；

qi——離層空間第i邊的單寬流量，m3/d；

li——離層空間第i邊的長(zhǎng)度，m。

運(yùn)用理論公式和經(jīng)驗(yàn)類比法可就210302工作面寬202.5 m，推進(jìn)L=150 m時(shí)，求得不同采高的離層空間大??；運(yùn)用公式（1）及公式（2）計(jì)算得到工作面不同開采速度下的離層積水體積。結(jié)果表明：采高一定，不同開采速度下的離層積水體積不同；采速越小，離層積水體積越大。表4顯示了采高為8 m時(shí)，離層空間體積為18845.17 m3；當(dāng)采速為6 m/d時(shí)出現(xiàn)了287.49 m3的未積水離層空間，7 m/d時(shí)出現(xiàn)了3311.48 m3的未積水離層空間。

表4　開采速度與離層水積水體積關(guān)系（采高8 m，工作面推進(jìn)150 m）Table4Relationship between mining rate and abscission layer ponding volume(shear height 8 m,working face advanced 150 m)

綜合考慮礦壓作用，建議工作面推進(jìn)速度控制在5～6 m/d為宜。

3.2.4強(qiáng)化疏排

建立健全暢通的礦井疏排水系統(tǒng)。采前對(duì)井上、井下排水設(shè)施（排水溝、水倉(cāng)和管路）進(jìn)行清理、疏通和檢修，水倉(cāng)、泵房、排水溝、管路均要達(dá)到正常運(yùn)作要求。在開采期間要保證中央泵房除按規(guī)定正在檢修以外的所有水泵處于隨時(shí)開機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，加強(qiáng)排水設(shè)備的維修與管理，定期清理水溝和水倉(cāng)，確保疏排水系統(tǒng)的正常。保證工作面具備足夠的臨時(shí)排水能力，確保工作面一旦有水涌出時(shí)能順暢疏排。

4　結(jié)論

(1)以崔木煤礦水文地質(zhì)條件和煤層頂板覆巖特征為基礎(chǔ)，對(duì)工作面回采過(guò)程中發(fā)生的數(shù)十起涌突水事故進(jìn)行分析研究，結(jié)合涌突水具有突發(fā)性強(qiáng)、危害性大、防治困難等特點(diǎn)，提出了一種新的礦井涌突水災(zāi)害類型，即覆巖離層積水涌突水害類型。

(2)離層積水涌突是在采場(chǎng)特定的開采技術(shù)條件下發(fā)生的頂板潰水災(zāi)害，對(duì)其突水來(lái)源、通道和強(qiáng)度等涌突特征研究發(fā)現(xiàn)：積水離層主要發(fā)育在白堊系砂礫巖與侏羅系泥巖接觸帶以及白堊系下部砂礫巖中，離層積水的補(bǔ)給來(lái)源主要為白堊系砂巖地下水，離層積水形成、賦積和涌突受覆巖結(jié)構(gòu)，變形破斷特征，開采方式和工作面采放高度、推進(jìn)速度等多種因素控制。

(3)針對(duì)大埋深巨厚煤層綜放開采條件下，煤層頂板與離層積水帶之間覆巖厚度大，離層積水部位井下探放施工困難等特點(diǎn)，提出了以地面直通式導(dǎo)流泄水孔與井下探放水孔相結(jié)合的離層積水疏放手段，和以控制采高、推進(jìn)速度、強(qiáng)化疏排為主要措施的離層積水涌突綜合防治技術(shù)體系。

(4)基于覆巖含水層水位變化與離層積水涌突之間的聯(lián)動(dòng)規(guī)律，結(jié)合含水層水位變化與頂板來(lái)壓突水的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，建立了以監(jiān)測(cè)孔水位＋覆巖破斷距＋工作面來(lái)壓＋支架異常狀態(tài)＋圍巖異常變化＋瓦斯釋放速率突增為核心指標(biāo)的離層積水涌突聯(lián)合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

志謝：國(guó)土資源部煤炭地質(zhì)勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室段中會(huì)教授級(jí)高級(jí)工程師和張玉平教授級(jí)高級(jí)工程師對(duì)本文的審閱、指導(dǎo)和建議。

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Coal Roof Abscission Layer Ponding Water Gushing and Bursting Characteristics and Study on Key Technologies of Prevention and Control during Fully Mechanized Mining

Lyu Guangluo1,4,Li Wenping2,Huang Yang3,4,Zhang Yong4,Tian Gangjun4,Xiao Quanze4and Lyu Pintian4
(1.Key Laboratory of Coal Resources Exploration and Comprehensive Utilization,Ministry of Land and Resources,Xi’an,Shaanxi 710054;2.China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116; 3.Cuimu Coalmine,Shaanxi Yonglong Energy Exploitation and Construction Co.Ltd.,Baoji,Shaanxi 721501; 4.Shaanxi Provincial No.186 Coal Geological Exploration Co.Ltd.,Xi’an,Shaanxi 710054)

Through project exploration and theoretical analysis,carried out studies on many cases of abnormal water gushing and burst?ing accidents during deep buried thick coal seam fully mechanized mining.A new kind of mine water inrush hazard have been found, that is coal roof abscission ponding water gushing and bursting.Corresponding water disaster prediction and forecast system and preven?tion,control technical system have been put forward,popularized and applied in productive practices.During the study on working face coal roof abscission ponding water gushing and bursting accident in Cuimu coalmine,Yonglong mine area,Huanglong Jurassic coal?field in Shaanxi Province had found that the abscission layer ponding gushing and bursting have characteristics of strong unexpected?ness,great harmfulness and hard to prevent and control.Ponding abscission layers are mainly developed in the contact zone between Cretaceous sandy conglomerate and Jurassic mudstone,as well as Cretaceous strata lower part sandy conglomerate sector.Their re?charge source is mainly from Cretaceous sandy conglomerate groundwater.The formation,hosting gushing and bursting of abscission layer ponding are controlled by multiple factors including overburden structure,faulting characters,mining system,caving height and advancing speed etc.Practices have proven that abscission ponding water hazard prevention and control can use the integrated preven?tion and control technical system of surface through-type diversion,drainage boreholes and underground exploration,drainage bore?holes,supplemented with shear height and advancing speed control,enhanced drainage combination drainage means.Abscission layer ponding water hazard early warning can use the integrated prediction and forecast system from monitoring of kernel indices including water level,overburden fault throw,working face pressuring,support abnormal state,surrounding rock abnormal change and gas release rate surging.

fully mechanized mining;deep buried thick coal seam;abscission layer ponding water gushing and bursting;prevention and control technologies;Cuimu coalmine

TD745

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.11.11

1674-1803(2016)11-0055-07

陜西省工業(yè)科技攻關(guān)S2016YFGY0393 2016GY-172，國(guó)土資源部煤炭地質(zhì)勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室ZZ2013-2

呂廣羅（1963—），男，陜西禮泉人，高級(jí)工程師，從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)工作。

2016-06-16

責(zé)任編輯：樊小舟