東曲礦24808 工作面上覆采空區(qū)充水水源與充水系數(shù)分析

裴 利 軍

（西山煤電集團(tuán)東曲礦 ，山西 古交 030200）

0 引言

煤礦在采掘作業(yè)過(guò)程中，會(huì)受到各種水害的威脅，我國(guó)煤礦生產(chǎn)中水害事故中，工作面采掘作業(yè)致使貫通采空區(qū)積水的事故占到約30%?；夭晒ぷ髅嬖谶M(jìn)行回采作業(yè)前，必須對(duì)上覆采空區(qū)的積水進(jìn)行有效的探測(cè)與疏放，由于采空區(qū)內(nèi)積水的因素較為復(fù)雜，積水的賦存狀態(tài)形式多樣，積水的總量不清楚等均給工作面回采前的探放水作業(yè)帶來(lái)困難，給工作面的安全回采帶來(lái)隱患。本文以東曲礦24808 工作面上覆采空區(qū)積水為研究背景，具體分析采空區(qū)積水的充水因素，并對(duì)采空區(qū)積水探訪水作業(yè)后的采空區(qū)充水系數(shù)進(jìn)行分析，充分保障工作面回采作業(yè)時(shí)的安全。

1 工程概況

西山煤電集團(tuán)東曲礦24808 工作面位于4# 煤層八采區(qū)，工作面埋藏深度274m～427m，4# 煤層均厚為1.68m，4# 煤層與2# 煤層間的平均間距為5.0m，上覆為2# 煤22107、22108 采空區(qū)，根據(jù)礦井地質(zhì)資料可知，22107 工作面采空區(qū)預(yù)計(jì)存在積水區(qū)域，將積水區(qū)域命名為A2- 7，根據(jù)以往勘探資料知該區(qū)域積水范圍在24808 軌順側(cè)200m- 280m 范圍上方，積水?dāng)?shù)量約為9900m3；22108 工作面采空區(qū)存在積水區(qū)域，將其命名為A2- 8，預(yù)計(jì)積水范圍在24808 工作面101m- 400m 范圍內(nèi)上方，積水量為35900m3，具體如圖1 所示?，F(xiàn)為有效分析工作面上覆采空區(qū)充水水源與充水系數(shù)，進(jìn)行理論分析與探放水作業(yè)。

圖1 24808 工作面位置及上覆采空區(qū)積水情況示意圖

2 采空區(qū)充水因素分析

2.1 充水水源分析

采空區(qū)內(nèi)積水的充水水源主要受到地質(zhì)及水文條件、氣候和地形地貌的影響，采空區(qū)積水的主要充水水源包括地表水、大氣降水、松散含水層及碎屑巖類含水層，現(xiàn)結(jié)合24808 工作面的具體地質(zhì)條件，2#煤層回采完畢后，采空區(qū)內(nèi)的積水主要由地表水與頂板砂巖含水層組成，現(xiàn)具體針對(duì)這兩種充水水源進(jìn)行分析：

1）大氣降水：根據(jù)4# 煤層的賦存條件可知，煤層埋藏深度較淺，煤層底板標(biāo)高為838m～854m，根據(jù)礦井的地質(zhì)報(bào)告分析2# 煤層回采完畢后，采空區(qū)的導(dǎo)水裂隙帶只會(huì)發(fā)育到基巖巖層中，不會(huì)與地表之間形成貫通，但局部采空影響較大的區(qū)域也存在著導(dǎo)水裂隙帶與地表之間出現(xiàn)貫通的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)水大氣降水通過(guò)該部分導(dǎo)水裂隙進(jìn)入到采空區(qū)，成為采空區(qū)積水的一部分，具體大氣降水的滲透形式如圖2 所示。在煤層回采完畢初期，由于采動(dòng)影響并未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，上覆巖層的采動(dòng)裂隙未全部封閉，地表水能夠較為順暢的通過(guò)導(dǎo)水裂隙進(jìn)入到采空區(qū)區(qū)域，隨著采空區(qū)的逐漸壓實(shí)，導(dǎo)水通道會(huì)逐漸壓密，進(jìn)而使得地表水滲入采空區(qū)內(nèi)的量會(huì)逐漸減小。

圖2 大氣降水進(jìn)入采空區(qū)示意圖

圖3 頂板砂巖含水層水源的采空區(qū)積水示意圖

2）頂板砂巖裂隙水：2# 煤層回采完畢后，采空區(qū)內(nèi)的積水的主要水源為頂板砂巖含水層，含水巖組在巖性上均表現(xiàn)為砂巖、泥巖互層的組合。巖層內(nèi)風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙發(fā)育，使其表層往往賦存風(fēng)化裂隙潛水，深部賦存層間裂隙承壓水。各時(shí)代地層中砂巖、泥巖互層的組合特征，決定了砂巖是兩類裂隙水的主要含水介質(zhì)，絕大多數(shù)風(fēng)化裂隙泉水出流于砂巖體中。2# 煤層回采完畢后，導(dǎo)水裂隙帶已經(jīng)與采空區(qū)之間形成貫通，致使含水層的水會(huì)逐步流入采空區(qū)內(nèi)，具體導(dǎo)流形式如圖3 所示。

2.2 充水通道

工作面回采后頂板冒落所形成的垮塌、裂隙屬典型的采礦擾動(dòng)類導(dǎo)水通道。采空區(qū)頂板巖層的破壞變形形態(tài)與規(guī)律受到采空空間幾何結(jié)構(gòu)，頂板巖性及其組合，礦床產(chǎn)狀及采礦方法，巖石應(yīng)力環(huán)境及受力狀態(tài)等多種因素的控制。采空區(qū)上方可形成破壞的冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶以及產(chǎn)生變形的整體移動(dòng)帶，采空區(qū)積水的主要導(dǎo)水通道為垮落帶及裂隙帶。

根據(jù)眾多理論研究與工程實(shí)踐結(jié)果表明，針對(duì)軟弱頂板，工作面回采后冒落帶與裂隙帶的計(jì)算公式如下：

式中：Hm為冒落帶高度(m)；Hli為導(dǎo)水裂隙帶高度(m)；M 為采厚(m)，根據(jù) 2# 煤層及 4# 煤層的具體地質(zhì)條件，能夠得出2# 煤層開(kāi)采后冒落帶高度Hm=5.25- 2.23m，導(dǎo)水裂隙帶高度Hli=17.45m，4# 煤層回采完畢后，冒落帶高度Hm=5.46- 2.46m，導(dǎo)水裂隙帶高度Hli=17.96m，基于該數(shù)據(jù)可知在24808 工作面采作業(yè)時(shí)，導(dǎo)水裂隙帶必定會(huì)與2# 煤層采空區(qū)貫通，需在工作面回采前進(jìn)行上覆2# 煤層采空區(qū)的探放水作業(yè)。

3 采空區(qū)充水系數(shù)分析

3.1 采空區(qū)探放水

為充分保障24808 工作面回采時(shí)的安全，在工作面回采前，進(jìn)行上覆2# 煤層采空區(qū)積水的探放水作業(yè)，在24808 工作面軌道順槽與軌道順槽聯(lián)絡(luò)巷的的交叉點(diǎn)處，及2# 拐點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行探放水作業(yè)，施工探放水孔4 個(gè)，每個(gè)探放水孔的各項(xiàng)參數(shù)如表1 所示。

表1 2# 煤層采空區(qū)探放水孔施工各項(xiàng)參數(shù)表

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)探放水的具體情況，24808 工作面施工4 個(gè)探放水孔，在3 月6 日～6 月25 日期間進(jìn)行探放水作業(yè)，在進(jìn)行作業(yè)時(shí)對(duì)涌水量及水壓情況進(jìn)行記錄，根據(jù)記錄結(jié)果得出4 疏水孔共計(jì)疏水59000m3，具體各個(gè)鉆孔的探疏水情況如表2 所示。

表2 24808 工作面探疏水鉆孔記錄表

根據(jù)表2 中的數(shù)據(jù)可知，24808 工作面施工的探放水鉆孔有效的對(duì)上覆2# 煤層22108 工作面采空區(qū)的積水進(jìn)行有效的疏放，為24808 工作面的回采作業(yè)提供了保障。

3.2 采空區(qū)充水系數(shù)分析

現(xiàn)為對(duì)24808 工作面探放水作業(yè)后，上覆2# 煤層采空區(qū)內(nèi)積水量進(jìn)行有效的評(píng)估，以保障工作面回采作業(yè)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)頂板突水事故。根據(jù)工作面進(jìn)行探放水作業(yè)期間記錄得到的水壓大小、高差等各項(xiàng)參數(shù)能夠?qū)Σ煽諈^(qū)的充水系數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)眾多理論研究與工程實(shí)踐可知采空區(qū)充水系數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：W 為采空區(qū)的積水量，m3；α 為煤層的傾角，°；K 為采空區(qū)的充水系數(shù)，F(xiàn) 為采空區(qū)的水平面積，m2；M為煤層的厚度，m；根據(jù)24808 工作面的具體地質(zhì)條件，取 F=76330m2，α=3°，M=2.0m；基于工作面在3 月5 日～6 月25 日期間的探放水作業(yè)可知，共計(jì)疏放采空區(qū)水59000m3，在疏放水期間由于大氣降水、含水層滲水等補(bǔ)給水量約為13200m3，故能夠得出采空區(qū)積水量W=45800m3，將上述數(shù)據(jù)代入式（2）中能夠計(jì)算得出，采空區(qū)的充水系數(shù)K=0.3。根據(jù)煤炭行業(yè)防治水細(xì)則可知，在進(jìn)行工作面回采作業(yè)前，應(yīng)充分保障上覆采空區(qū)的充水系數(shù)在0.3～0.5 的范圍內(nèi)，基于此可知，24808 工作面在進(jìn)行探放水作業(yè)后，上覆2# 煤層采空區(qū)的充水系數(shù)滿足防治水細(xì)則要求，能夠進(jìn)行工作面的回采作業(yè)。

4 結(jié) 論

根據(jù)24808 工作面的地質(zhì)條件及上覆2# 煤層采空區(qū)積水量的具體情況，通過(guò)具體分析上覆2# 煤層的充水水源及充水通道，值24808 工作面回采前必須對(duì)上覆2# 煤層的采空區(qū)積水進(jìn)行有效疏放，根據(jù)探放水記錄得出共計(jì)疏放上覆采空區(qū)積水59000m3，疏放水后采空區(qū)的積水系數(shù)K=0.3，滿足煤礦防治水細(xì)則要求，為24808 工作面安全回采提供了保障。