余吾煤業(yè)2206工作面奧灰水防治技術(shù)的研究

武 昊

(潞安金源煤層氣開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 長治 046204)

余吾煤業(yè)主采煤層9#煤開采受底板奧灰水的威脅嚴(yán)重，礦井在開采淺部9#煤時，工作面突水系數(shù)位于安全區(qū)，在正常地段開采是相對安全的。但工作面隱伏導(dǎo)含水構(gòu)造、底板隱伏導(dǎo)水裂隙帶，斷層密集發(fā)育區(qū)、封孔不良鉆孔、奧灰水突水主要通道，容易發(fā)生奧灰突水。本文對2206工作面斷層、物探異常區(qū)進(jìn)行探查，并采取了相應(yīng)的防治技術(shù)措施，確保了工作面的安全帶壓開采。

1 余吾煤業(yè)2206工作面開采條件

1.1 地質(zhì)條件

余吾煤業(yè)含煤地層為石炭二疊紀(jì)，厚度300m，含5個可采煤層，即2、6、9、13、15層煤。余吾煤業(yè)2206工作面開采9煤層。工作面位于井田北區(qū)-800m水平后組煤四采區(qū)第二亞階段。該面煤層走向120～150°，傾角16.5～18.5°，煤層厚度1.63m。工作面走向長1100m，傾斜寬160m，面積17.6萬m2，儲量38萬t。煤層直接頂為粉砂巖，厚度0.1～6m；基本頂為中粒砂巖，厚度16～23m；底板為粉砂巖，厚度2.5m。

1.2 水文條件

9層煤直接充水含水層為直接頂之上的砂巖基本頂，含砂巖裂隙水。底板間接含水層有第四層石灰?guī)r，為弱巖溶裂隙水，據(jù)巷道揭露主要以滴、淋水性質(zhì)進(jìn)入巷道。再向下有徐灰、奧灰強(qiáng)巖溶裂隙含水層。9層煤至四灰34m，四灰厚6m，為13層煤直接頂板；至徐灰83m，徐灰厚15m；至奧灰114m，奧灰厚800m，奧灰水位+184m。

2206工作面位于后四采區(qū)第三亞階段，F(xiàn)9斷層橫穿工作面，2206工作面上有2208工作面及2207工作面已采煤完畢。在2206工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)時，2208采空區(qū)發(fā)生滯后出水，出水量12m3/h；2206工作面于2003年10月4日安全開采280余米后開始出水。初始出水量約在66m3/h，出水較穩(wěn)定，自2004年8月開始出水量逐漸變小，現(xiàn)約在18m3/h左右。這兩次出水說明，2206工作面開采存在受奧灰水出水威脅。為此，回采前必須對工作面采取防治措施，而采取疏水降壓或采用底板加固方法進(jìn)行開采，在目前狀況下條件尚不具備。

2 2206工作面開采前的水文探測分析

2.1 2206工作面的電法探測

2206西工作面底板異常富水區(qū)主要有兩個：一是在F13斷層和F19斷層組成的上平巷中部塊段中，以靠近2206工作面突水點處為中心，向東西兩側(cè)各150m左右，距上平巷40m的范圍內(nèi)所組成的富水帶；二是沿F9斷層帶發(fā)育的富水帶，低阻帶與奧灰相連具備導(dǎo)通奧灰水的條件。因此需要重點防治，留足斷層煤柱。實現(xiàn)對這兩處異常區(qū)的控制，就可以較可靠地實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2.2 水文觀測孔的設(shè)計與施工

在2206工作面共設(shè)計施工2個觀測孔，分別為觀測孔1及觀測孔2，具體的估測數(shù)據(jù)如下：

觀測孔1：鉆進(jìn)到152.6m時奧灰出水增至1.2m3/h，水溫41℃，水壓7.5MPa，此后鉆進(jìn)過程中水量基本保持在1.2～1.44m3/h左右，水壓在7.2MPa。2014年9月7日撤鉆，終孔層位為奧灰下69.4m，實際鉆孔深度為172.25m。測得穩(wěn)定水壓為7.22MPa。煤9至奧灰的層間距為100.25m。

觀測孔2：鉆進(jìn)至169.1m，出水形式為突然出水沿鉆桿與鉆孔之空間噴出達(dá)到頂板，出水時攜帶雜色粘土巖細(xì)粒及巖粉泥漿.出水量達(dá)到55m3/h，水溫43℃，最高水溫達(dá)到44℃，初始水壓為8MPa，2d后換低量程10MPa壓力表測得水壓為7.22MPa，經(jīng)過放水，測得水量最高為67.8m3/h。整個鉆孔施工完畢。煤9至奧灰的層間距為114m。

通過以上兩鉆孔的施工，基本查明了深部9煤層以下地層巖性、深度及厚度，探明了徐、奧灰的含水性，達(dá)到了設(shè)計目的，為今后組煤開采評價提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 礦山壓力對底板隔水層破壞機(jī)理分析

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)范》計算采動底板破壞公式，以及根據(jù)《底板突水機(jī)理及預(yù)測預(yù)報》所開發(fā)的“采場底板突水預(yù)測預(yù)報軟件”，取底板堅固性系數(shù)為3，則-800m水平底板破壞深度在22m左右。

在煤層賦存條件一定的情況下，底板破壞深度與工作面開采長度呈正比關(guān)系，開采面長越長，對底板破壞深度越大，煤體以支承壓力高峰位置為起點向煤體前方沿下斜線深入煤層底板。在向采空區(qū)方向，相應(yīng)地承壓力由峰值狀態(tài)向低應(yīng)力狀態(tài)過渡，煤層底板綜合狀態(tài)向膨脹狀態(tài)過渡，因這部分的煤層底板已遭受過支承壓力峰值的破壞，喪失原始隔水性能，成為導(dǎo)水通道。

根據(jù)開采經(jīng)驗，由深井高應(yīng)力集中區(qū)工作面跨采巷道硐室變形預(yù)測的研究成果可以得知，在深部開采條件下，礦山壓力的傳播深度應(yīng)達(dá)到120～140m左右,即9層煤開采時支承壓力傳播影響波及到奧灰。取得的認(rèn)識為：底板支承壓力的傳播向深部呈一定的衰減趨勢，因此，對底板巖石的破壞強(qiáng)度也依次減弱。受損底板首先破壞斷裂部位為采空區(qū)暴露部位；隨著開采的推進(jìn)，底板壓力峰值線隨推進(jìn)前移，引起了底板巖石受力由原巖應(yīng)力變化至支承高峰應(yīng)力再到采后應(yīng)力釋放這一過程，從而引起采空區(qū)邊緣應(yīng)力重新分布，由于應(yīng)力的重新分布作用于巖石導(dǎo)致破壞，巖石的破壞強(qiáng)度，與應(yīng)力的大小有關(guān)，即向深部呈衰減趨勢，但大小大于原巖應(yīng)力破壞影響。同時，與其他影響因素共同作用，在存在構(gòu)造、原生裂隙、溶洞等薄弱結(jié)構(gòu)面或空間的條件下，引起這些地點應(yīng)力變化的二次分布，加劇了破壞程度。揭示奧灰突水往往以點方式突出原因隨著開采推進(jìn)，在礦山壓力、構(gòu)造影響共同作用的結(jié)果。

4 2206工作面防治水管理措施

4.1 提前做好工作面搬家準(zhǔn)備

F9斷層落差10m，提前施工過F9斷層的切眼，以便斷層以西開采有徐、奧灰水涌出時，及時撤出搬家，不影響正常安全生產(chǎn)。

4.2 減小礦壓對煤層底板的破壞

采用綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，保持工作面勻速推進(jìn)，制定了縮短工作面長度、減小工作面懸頂，控制采高、及時放頂、減少采動影響的破壞深度的措施。

（1）工作面初次放頂所允許的最大懸頂距離在采用垮落法管理頂板的工作面自切眼推進(jìn)8m，直接頂冒落高度達(dá)不到采高的1.5倍，傾斜長度超過工作面長度的1/3時，必須強(qiáng)制放頂；推進(jìn)15m直接頂冒落高度達(dá)不到采高的1.5倍，傾斜長度超過15m時，必須停止采煤，強(qiáng)制放頂。

（2）采用垮落法管理頂板的工作面正常推進(jìn)過程中，出現(xiàn)2m×5m及以上懸頂時必須采取加強(qiáng)支護(hù)措施。懸頂距離超過下列數(shù)據(jù)：中厚煤層懸頂距大于5m，傾斜長度超過15m；薄煤層懸頂距大于7m，傾斜長度超過15m；必須采取強(qiáng)制放頂和其他加強(qiáng)支護(hù)措施。

（3）穩(wěn)定、非常穩(wěn)定頂板煤層開采，垮落法管理頂板，初采必須在切眼內(nèi)布置一排放頂眼將頂板切斷，工作面推進(jìn)8m開始強(qiáng)制放頂，放頂眼每組3個，眼深不低于采高的1.5倍。

4.3 縮短工作面長度

為了躲開上一工作面的異常區(qū)，重新補(bǔ)掘了回風(fēng)巷，工作面長度由160m縮短為120m，留設(shè)40m的防水煤柱。采用走向、傾向長條帶開采。根據(jù)物探、鉆探等方法探明了工作面底板的富水性及工作面異常區(qū)富水程度，將2206西工作面分成兩大塊段進(jìn)行開采。

（1）I塊段開采。從切眼在下平巷開采走向長度85m、上平巷開采走向長度130m，工作面面長137m，面積約1427.5m2。

（2）F6斷層和F13斷層之間II塊段開采。由于此塊段在回風(fēng)巷以靠近2206工作面突水點為中心，向東西兩側(cè)各150m左右，距上平巷40m的范圍內(nèi)存在一異常區(qū)，需要區(qū)別對待。

4.4 健全管理制度，加強(qiáng)工作面水情的監(jiān)測、監(jiān)控

制定了2206工作面突水搶險預(yù)案和緊急避險預(yù)案。讓每位在2206工作面內(nèi)工作的人員都知道本工作面存在突水危險，從而引起他們的高度警惕性。一旦發(fā)現(xiàn)水情應(yīng)立即停止工作面推進(jìn)，不要使出水通道擴(kuò)大至關(guān)重要。制定了工作面24h水情監(jiān)測、監(jiān)控的措施。安全檢查盯崗人員必須每班3次巡視觀察水情，每班必須有采煤工區(qū)管理人員盯面盯崗。地測部門每天都有人員觀察水文情況。

5 結(jié)語

本文主要是對山西潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)2206工作面奧灰水防治措施進(jìn)行了研究。通過研究礦井水文地質(zhì)條件豐富了奧灰水突水理論，對余吾煤業(yè)2206工作面的奧灰水防治工作起到了很好的指導(dǎo)作用，保障了煤礦開采工作的順利進(jìn)行，也為類似條件下煤礦開采工作面的奧灰水防治工作提供參考。