礦井工作面頂板透水安全控制技術(shù)研究

馮 亮，薛 鵬

（1.陜西省榆林市神木市煤炭運(yùn)銷(xiāo)管理站，陜西 榆林 719300；2.陜西省榆林市神木市煤礦技術(shù)服務(wù)中心，陜西 榆林 719400）

我國(guó)對(duì)于礦產(chǎn)資源發(fā)展的重視程度非常高，礦產(chǎn)生產(chǎn)是一項(xiàng)較為危險(xiǎn)的工作，一般情況下，生產(chǎn)過(guò)程中主要有以下幾種災(zāi)害，分別為水災(zāi)、火災(zāi)、井下有害氣體、頂板透水等，這幾項(xiàng)災(zāi)害一旦發(fā)生都是非常嚴(yán)重的，都會(huì)對(duì)礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)毀滅性的打擊[1]。這幾項(xiàng)災(zāi)害中，頂板透水災(zāi)害相對(duì)更嚴(yán)重一點(diǎn)，如果在開(kāi)采的過(guò)程中出現(xiàn)了頂板透水的事故，要求礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)必須要停止作業(yè)，避免出現(xiàn)更嚴(yán)重的安全事故。根據(jù)近幾年來(lái)的調(diào)查報(bào)告顯示，近十年來(lái)，我國(guó)各大規(guī)模礦井內(nèi)出現(xiàn)頂板透水事故的總數(shù)接近300起，共導(dǎo)致1730名礦工死亡，對(duì)礦產(chǎn)企業(yè)直接造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)幾億元[2]。根據(jù)這些數(shù)據(jù)我們不難看出，頂板透水事故是一項(xiàng)非常嚴(yán)重的井下災(zāi)害，對(duì)于施工人員和施工單位都有著極大的影響，礦產(chǎn)企業(yè)在開(kāi)展工作之前，一定要做好預(yù)防措施，確保施工人員的人身安全，提高生產(chǎn)的安全性[3]。

1 礦層圍巖特性

礦井工作面頂板透水事故對(duì)于礦井來(lái)說(shuō)是致命的，為了能夠精確的得出礦井工作面頂板透水的安全控制技術(shù)，就必須要掌握好頂板所處礦層的地質(zhì)特性。下面我們以某地區(qū)的礦場(chǎng)資源進(jìn)行分析研究，該礦產(chǎn)的工作面頂板有零星分布的不同類(lèi)型礦體，礦體的大小在50cm左右，并且礦體結(jié)構(gòu)的四周都覆蓋著一層泥巖。通過(guò)技術(shù)人員的研究分析得出，頂板的巖石組成主要是以泥巖和砂巖為主，整體上具有不錯(cuò)的可塑性，但是整體的強(qiáng)度是非常差的。

一般情況下，礦井工作面的頂板巖體具有幾何特性，多呈現(xiàn)出幾何狀態(tài)的分布形式。這個(gè)巖層部位比其他的巖層部位更厚，當(dāng)整體下沉過(guò)程中，工作面頂板所在的礦層與其他部位的巖層有著一定的協(xié)調(diào)性。

礦井工作面頂板對(duì)于整個(gè)的井下作業(yè)來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的，如果發(fā)生斷裂就會(huì)造成大范圍的巖層移動(dòng)。頂板就相當(dāng)于房屋的樓板，如果樓板斷裂，就會(huì)導(dǎo)致上層物體坍塌，發(fā)生較為嚴(yán)重的安全事故。頂板是礦井對(duì)上層巖層的承載主體，如果發(fā)生斷裂，造成的后果是可想而知的。

頂板的存在能夠有效的保障礦井施工的開(kāi)展，頂板能夠起到有效的支撐和防護(hù)的效果。通常情況下，頂板處在礦層與關(guān)鍵層之上，一旦關(guān)鍵層發(fā)生了形變，就會(huì)導(dǎo)致頂板和礦層出現(xiàn)變形，進(jìn)而使礦層的圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，三者之間是有很大聯(lián)系的。只要其中一個(gè)巖層出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致整體出現(xiàn)很大的問(wèn)題，造成嚴(yán)重的礦井事故。由此可見(jiàn)，在對(duì)頂板工作面的透水問(wèn)題進(jìn)行研究時(shí)，一定要重點(diǎn)關(guān)注巖層的厚度、強(qiáng)度和荷載大小等方面，做好前期的準(zhǔn)備工作，提高井下作業(yè)的安全性。

2 導(dǎo)致礦井內(nèi)頂板透水因素

礦井頂板透水問(wèn)題對(duì)于礦井的后續(xù)工作是非常不利的，為此必須要提起有效的重視。一旦煤礦頂板出現(xiàn)透水，不僅會(huì)影響礦井正常的作業(yè)，還會(huì)對(duì)與礦井工作有關(guān)的環(huán)節(jié)造成影響，對(duì)參與礦下作業(yè)的工作人員帶來(lái)極大的安全威脅。為了能夠有效的防治頂板透水事故的發(fā)生，首先就需要明確引發(fā)該問(wèn)題出現(xiàn)的原因，在施工過(guò)程中盡可能的做到預(yù)防，如果在施工過(guò)程中遇到不可避免的透水問(wèn)題，一定要及時(shí)的給出科學(xué)的補(bǔ)救措施，避免事故嚴(yán)重化。

（1）采礦工作面的轉(zhuǎn)移.隨著礦下作業(yè)開(kāi)采的深度增加，就會(huì)對(duì)土層造成一定的影響，并且對(duì)巖層中的含水層造成很大的破壞，越往下發(fā)掘，巖層中的含水量就越大。一旦開(kāi)采的位置出現(xiàn)誤差，就會(huì)對(duì)地下結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，導(dǎo)致含水層出現(xiàn)漏洞，使本不該出現(xiàn)的水涌現(xiàn)出來(lái)。

（2）礦井內(nèi)頂板位置特殊。導(dǎo)致作業(yè)面頂板出現(xiàn)透水問(wèn)題的因素是很多的，其中一個(gè)很重要的因素就是頂板設(shè)置的位置不合理，將頂板設(shè)置在了含水量充足的富水區(qū)，這對(duì)于礦井作業(yè)來(lái)說(shuō)本來(lái)就是一個(gè)極大的隱患。隨著開(kāi)采工作的不斷深入，很容易對(duì)含水層造成破壞，富水區(qū)發(fā)生的透水事故是非常嚴(yán)重的，對(duì)礦井施工是滅頂災(zāi)害。為了有效的避免這類(lèi)因素影響的透水事故，就需要在確定開(kāi)采區(qū)域時(shí)做好有效的勘察，不能將頂板設(shè)置在富水區(qū)，有效的降低自然因素的影響，確保開(kāi)采人員的人身安全，保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）采場(chǎng)推進(jìn)。礦產(chǎn)資源開(kāi)采是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，地下巖層在外力作用下還是比較脆弱的，在實(shí)際的開(kāi)采過(guò)程中，因?yàn)橥七M(jìn)開(kāi)采而導(dǎo)致頂板透水問(wèn)題的現(xiàn)象也是比較常見(jiàn)的。這種問(wèn)題的出現(xiàn)與人為因素有很大的關(guān)系，開(kāi)采人員在進(jìn)行開(kāi)采之前，并沒(méi)有對(duì)該地區(qū)進(jìn)行細(xì)致的了解，盲目的進(jìn)行開(kāi)采，極易對(duì)巖層造成破壞，進(jìn)而導(dǎo)致事故的發(fā)生。這種人為因素影響的透水事故是非常嚴(yán)重的，并且一旦出現(xiàn)就沒(méi)有辦法進(jìn)行補(bǔ)救，對(duì)礦井的影響是極大的。為了能夠有效的避免人為因素帶來(lái)的透水事故，就需要在進(jìn)行開(kāi)采之前，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效的地質(zhì)勘探，明確開(kāi)采區(qū)域內(nèi)的巖層情況，對(duì)巖層的含水量也必須要明確的分析，根據(jù)勘探的結(jié)果來(lái)進(jìn)行方案的制定，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題提前進(jìn)行預(yù)防，有效的提高開(kāi)采的效率。

（4）透水量的限度設(shè)定。在實(shí)際的井下開(kāi)采過(guò)程中，礦井內(nèi)頂板對(duì)于透水問(wèn)題是有一定的抵抗能力的，在這個(gè)抵抗范圍內(nèi)，頂板是不會(huì)出現(xiàn)透水問(wèn)題的，但是一旦超過(guò)這個(gè)范圍，就會(huì)引發(fā)頂板透水問(wèn)題。但是在實(shí)際的開(kāi)采過(guò)程中，隨著開(kāi)采深度的推進(jìn)，井下礦層的含水量是不斷增加的，這就是導(dǎo)致礦層出現(xiàn)透水的原因。在實(shí)際的開(kāi)采過(guò)程中，要想有效的避免這類(lèi)透水問(wèn)題的發(fā)生，就必須要嚴(yán)格的進(jìn)行頂板透水量的監(jiān)測(cè)，必須要做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果不能對(duì)頂板透水量進(jìn)行保障，就需要及時(shí)的調(diào)整開(kāi)采的時(shí)間，如果不能改變開(kāi)采時(shí)間，就需要在保證開(kāi)采質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能的縮短開(kāi)采的時(shí)間，對(duì)工作人員進(jìn)行安全教育，樹(shù)立工作人員安全開(kāi)采的意識(shí)，管理人員加強(qiáng)監(jiān)督力度，嚴(yán)格的按照國(guó)家標(biāo)注來(lái)進(jìn)行開(kāi)采監(jiān)督管理。

3 安全控制技術(shù)措施

（1）控制原則。對(duì)于礦井開(kāi)采工程來(lái)說(shuō)，礦井作業(yè)面頂板透水問(wèn)題是一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)工作人員的生命安全、礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有很大的影響。頂板透水災(zāi)害的控制原則首先就是對(duì)易出現(xiàn)透水問(wèn)題的部位進(jìn)行綜合檢測(cè)和評(píng)價(jià)，根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果給出相關(guān)的綜合評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上著手對(duì)富水區(qū)的頂板進(jìn)行有效的控制，研究富水區(qū)的裂隙分布情況，這些裂縫就是透水問(wèn)題防治的關(guān)鍵點(diǎn)。頂板透水問(wèn)題需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，每天都要有專(zhuān)業(yè)的工作人員來(lái)對(duì)其進(jìn)行有效的觀察，便于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，第一時(shí)間進(jìn)行解決。觀察的重點(diǎn)要放在含水巖層的裂縫上，如果裂縫有擴(kuò)大的苗頭，需要及時(shí)的叫停開(kāi)采工作，防治裂縫擴(kuò)大而導(dǎo)致透水災(zāi)害。

（2）頂板透水事故控制技術(shù)。在開(kāi)采施工進(jìn)行之前，需要工作人員就透水問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致的分析研究，這項(xiàng)工作是開(kāi)采的基礎(chǔ)，但是僅做好這項(xiàng)工作還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要做好透水災(zāi)害的控制工作，只有做好有效的保險(xiǎn)工作才能降低頂板事故發(fā)生的幾率。①確定含水層及富水區(qū)域的位置。對(duì)于頂板所處的位置來(lái)說(shuō)，富水區(qū)更容易出現(xiàn)頂板透水災(zāi)害，把握含水區(qū)和富水區(qū)的位置是控制頂板透水事故的關(guān)鍵，確定兩者的所在區(qū)域后，施工人員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的控制，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后期工作的確定，制定開(kāi)采的方式和開(kāi)采的深度。這樣制定的開(kāi)采方案能夠最大限度的降低透水災(zāi)害發(fā)生的幾率，確保在開(kāi)采過(guò)程中能夠避開(kāi)斷裂礦層和富水區(qū)，有效的控制了災(zāi)害的發(fā)生。②做好輸水排水工作。在制定開(kāi)采方案時(shí)，還需要對(duì)可能存在的突水區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)，開(kāi)采前期的準(zhǔn)備工作是比較復(fù)雜的，不僅要做好預(yù)測(cè)工作，還需要做好控制工作。工作人員首先需要根據(jù)勘探結(jié)構(gòu)來(lái)推算出礦產(chǎn)的瞬時(shí)透水量最大量，根據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)出科學(xué)的排水系統(tǒng)。不僅如此，還需要考慮巖層的硬度和抗性，對(duì)存在的問(wèn)題要做到及時(shí)的解決。

4 結(jié)語(yǔ)

礦產(chǎn)產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著極大的促進(jìn)作用，國(guó)家對(duì)于礦井開(kāi)采的重視程度不斷加深。近幾年來(lái)，礦井工作面頂板透水問(wèn)題出現(xiàn)的頻率有所下降，但是還時(shí)有發(fā)生。礦井頂板透水災(zāi)害對(duì)于采礦而言有著極大的危害，會(huì)影響礦井的運(yùn)行，也對(duì)工作人員的人身安全帶來(lái)很大的威脅。做好開(kāi)采前的準(zhǔn)備工作，提前進(jìn)行安全控制技術(shù)的研究，能夠有效的降低透水災(zāi)害的出現(xiàn)。