10-1002工作面頂板離層水防治技術(shù)實(shí)踐

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦，山西 方山 033100）

1 工程概況

山西霍州煤電呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦10-1002工作面位于一采區(qū)準(zhǔn)備巷道左翼，工作面東部為南區(qū)集中皮帶巷；南部為實(shí)體煤，緊鄰一采區(qū)邊界；西部實(shí)體煤，北部為一采區(qū)三條大巷。10#煤層平均厚度為2.85m，煤層頂板巖層主要為泥巖和細(xì)粒砂巖，底板巖層為泥巖，見圖1。工作面采用綜合機(jī)械化開采，采高2.85m，全部垮落法管理頂板。根據(jù)10-1002工作面的地質(zhì)資料可知，工作面頂板賦存太原組L1石灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，并有溶蝕現(xiàn)象，具有一定富水性和導(dǎo)水性，補(bǔ)給水量3m3/h。工作面采掘期間主要受頂板上部砂巖裂隙水、孔隙水影響。由于工作面上方細(xì)粒砂巖、石灰?guī)r巖層與其上下軟弱巖層性質(zhì)差異較大，在工作面回采動(dòng)壓影響下，細(xì)粒砂巖、石灰?guī)r易與其余巖層之間產(chǎn)生離層，由于石灰?guī)r為工作面覆巖中的主要含水層，現(xiàn)為保障工作面的安全回采，進(jìn)行頂?shù)纂x層情況的判定，并針對(duì)判定結(jié)果進(jìn)行防治水設(shè)計(jì)。

圖1 煤層頂?shù)装鍘r層柱狀圖

2 離層水形成機(jī)理

根據(jù)10-1002工作面的具體地質(zhì)條件，工作面上覆L1灰?guī)r具有一定的富水性和導(dǎo)水性，向結(jié)合工作面的具體特征，分析頂板離層水形成的條件。

1）可積水離層發(fā)育位置：根據(jù)相關(guān)離層注漿方面的研究可知[1-2]，離層注漿只能適用于“封閉的離層空間”，若離層空間與導(dǎo)水裂隙帶貫通，漿液便會(huì)深入工作面回采區(qū)域，則判定為不具備離層注漿的條件。同理，針對(duì)工作面上覆巖層中的可積水離層而言，若要形成離層水，必須保障離層空間是封閉的，即可積水的離層位置應(yīng)滿足式（1）：

式中：H為可積水離層水的發(fā)育高度；H導(dǎo)為工作面導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度。

具體形成可積水離層的發(fā)育位置見圖2。

由于工作面頂板巖層相對(duì)較為軟弱，現(xiàn)以軟弱巖層計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，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》中關(guān)于覆巖為軟弱時(shí)，其計(jì)算見式（2）：

工作面開采高度為2.85m，計(jì)算得出導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為16.6～24.6m，取其平均確定導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度為20.55m，而根據(jù)工作面區(qū)域的地質(zhì)鉆孔資料可知積水離層帶均發(fā)育在頂板上方25～33.52m的的L1灰?guī)r中，故L1灰?guī)r區(qū)域所處位置滿足可積水離層的位置條件。

2）離層補(bǔ)給水源：離層積水的形成需接受來(lái)自周邊的含水層的補(bǔ)給充水，這是離層水形成的基本條件之一[3-4]，由于L1石灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，并有溶蝕現(xiàn)象，具有一定富水性和導(dǎo)水性，補(bǔ)給水量3m3/h，故其滿足補(bǔ)給水源的條件。

3）離層空間持續(xù)時(shí)間：根據(jù)眾多理論研究與工程實(shí)踐結(jié)果表明[2-3]，隨著工作面回采作業(yè)的進(jìn)行，頂板在工作面推進(jìn)方向上的離層值會(huì)不斷變大，頂板巖層的離層發(fā)育高度會(huì)逐漸向高處發(fā)育。對(duì)于一個(gè)層位的離層而言，其動(dòng)態(tài)過程主要包括起始、發(fā)展和閉合，將離層由起始至閉合消失的時(shí)間段稱為離層持續(xù)時(shí)間，離層持續(xù)時(shí)間主要受到頂板覆巖力學(xué)性質(zhì)、巖層結(jié)構(gòu)及工作面開采情況等因素的影響。

綜合上述分析可知，10-1002工作面上覆L1灰?guī)r與其下方的巖層之間存在著離層水。

3 防治技術(shù)及效果

3.1 防治原理及技術(shù)

覆巖離層突水事故具有突水征兆不明顯和涌水量大的特點(diǎn)，故為保障工作面回采期間的安全，需采取有效措施治理工作面頂板覆巖的離層積水。

針對(duì)離層積水的防治主要是通過預(yù)防的方式，即通過破壞覆巖離層水發(fā)生的基本條件，阻止頂板離層積水的發(fā)生。由于工作面頂板離層發(fā)育位置是由頂板覆巖結(jié)構(gòu)、采煤方法等因素決定，基本很難改變，但是可通過人為破壞的方式，將離層區(qū)域與下方工作面區(qū)域處于導(dǎo)通狀態(tài)，確保離層水能夠有效的排出；另一方面可針對(duì)離層水的補(bǔ)給水源進(jìn)行超前疏放，即破壞離層水的補(bǔ)給水源，達(dá)到治理離層水目的[5-6]。目前常用的離層水治理技術(shù)主要包括打設(shè)離層水導(dǎo)流孔及打設(shè)含水層超前截流孔，其具體實(shí)施方式如下：

（1）離層水導(dǎo)流孔：在頂板離層水對(duì)采場(chǎng)產(chǎn)生影響之前，通過向離層發(fā)育區(qū)域打設(shè)鉆孔，終孔于離層積水區(qū)，并在導(dǎo)流孔內(nèi)下入厚壁的導(dǎo)流管，以避免回采動(dòng)壓對(duì)鉆孔產(chǎn)生影響。

（2）含水層截流孔：通過向含水層內(nèi)打設(shè)截流鉆孔，進(jìn)行補(bǔ)給含水層內(nèi)水的截流作業(yè)，充分減小離層區(qū)域水的補(bǔ)給量，在打設(shè)超前截流疏放孔時(shí)，鉆孔終孔于離層發(fā)育區(qū)外側(cè)、離層補(bǔ)給含水層中（向工作面外側(cè)打設(shè)）。

3.2 防治方案

根據(jù)10-1002工作面的具體情況，本次治理離層水主要采用破壞離層區(qū)域的封閉性、超前疏放離層補(bǔ)給水源方式，具體方案如下：

在工作面回風(fēng)順槽內(nèi)，每間隔50 m施工一組離層水導(dǎo)流孔和一組含水層截流疏放孔，根據(jù)工作面物探結(jié)果知，工作面開切眼附近150 m區(qū)域富水性較強(qiáng)，故在此位置，將截流孔和導(dǎo)流孔均重疊布置，具體布置方式見圖3，工作面開切眼150 m后的區(qū)域，則每間隔50 m布置導(dǎo)水孔和截流孔各一個(gè)，工作面開切眼250m范圍內(nèi)鉆孔具體參數(shù)見表1。

表1 10-1002工作離層水導(dǎo)流和截流鉆孔布置參數(shù)

圖3 導(dǎo)流和截流鉆孔布置平面

3.3 效果分析

10-1002工作面導(dǎo)流孔和截流孔施工完成后，進(jìn)行了疏水壓力及水量的動(dòng)態(tài)觀測(cè)，結(jié)果見表2。

當(dāng)工作面與導(dǎo)流孔的距離小于15 m后，導(dǎo)流孔疏放的水流量逐漸減小，直至最終鉆孔無(wú)淋水現(xiàn)象，導(dǎo)流孔疏水期間共計(jì)實(shí)現(xiàn)疏水5704m3，表明導(dǎo)流孔將工作面區(qū)域覆巖內(nèi)的離層水有效釋放出來(lái)。當(dāng)工作面與截流鉆孔距離小于5 m后，截流鉆孔內(nèi)的水流量也逐漸減小，最終僅表現(xiàn)為緩慢的滴水狀態(tài)，截流孔疏水期間共計(jì)實(shí)現(xiàn)疏水2849m3，表明工作面截流孔有效的切斷了離層補(bǔ)給水源。在10-1002工作面回采過程中，現(xiàn)場(chǎng)觀察工作面頂板無(wú)涌水現(xiàn)象出現(xiàn)。

表2 疏水壓力、水量觀測(cè)數(shù)據(jù)匯總

基于上述分析可知，工作面采用導(dǎo)流孔和截流孔的疏水方式，有效解決了頂板離層水害問題，為工作面安全生產(chǎn)提供了保障。

4 結(jié)語(yǔ)

基于10-1002工作面頂?shù)装逄卣?，結(jié)合離層水形成機(jī)理，確定出頂板L1灰?guī)r與下方巖層間存在著離層水，結(jié)合工作面具體情況，采用打設(shè)離層水導(dǎo)流孔和含水層截流孔的方式治理離層水，治理措施采用后，覆巖離層水被有效疏放。