淺談奧灰承壓帶壓煤炭開(kāi)采技術(shù)

梁新星

(潞安化工集團(tuán) 王莊煤礦，山西 長(zhǎng)治 046031)

1 9106工作面概況

9106工作面所采3號(hào)煤賦存于二疊系山西組地層中下部，為陸相湖泊型沉積；在9106工作面范圍內(nèi)，煤層厚度穩(wěn)定，煤層下部夾矸最厚的一層為0.35 m，總煤厚為6.95 m,煤層傾角一般在1～4°,最大為5°。根據(jù)地面三維地震勘探顯示，工作面整體為上山掘進(jìn)，工作面掘進(jìn)時(shí)頂?shù)装孱A(yù)計(jì)會(huì)有起伏變化，煤層傾角在1～4°，工作面煤層厚度穩(wěn)定，運(yùn)巷開(kāi)口往里566 m處可能遇斷層F20H=4.0 m∠70°，運(yùn)巷開(kāi)口往里1 400 m處可能遇斷層F22H=3 m∠45°，運(yùn)巷往里預(yù)計(jì)掘進(jìn)至2 010 m處可能遇三維地震勘探顯示斷層F23H=3.0 m ∠50°(如圖1所示)，探明構(gòu)造帶產(chǎn)狀且確定不導(dǎo)水后方可繼續(xù)掘進(jìn)。水源主要是3號(hào)煤層上部的頂板砂巖含水層，K8、K10號(hào)砂巖含水層中的水，正常水量為5～6 m3/d，隊(duì)組在掘進(jìn)過(guò)程中，必須隨時(shí)觀(guān)察巷道淋水情況并保證排水管路及設(shè)施到位，如發(fā)現(xiàn)工作面有透水預(yù)兆，應(yīng)停止掘進(jìn)，報(bào)有關(guān)單位采取措施后方可掘進(jìn)。

圖1 9106工作面平面布置示意

1) 奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層是煤系地層下伏的主要含水層，水位標(biāo)高為629～635 m，煤層開(kāi)采標(biāo)高410～506 m，因此對(duì)開(kāi)采會(huì)產(chǎn)生影響。但是3號(hào)煤層距奧灰頂界面距離平均為130 m，隔水層厚度較大，奧灰水突水系數(shù)在0.01～0.03 MPa/m之間，在沒(méi)有構(gòu)造帶溝通的情況下，不會(huì)構(gòu)成底板突水危險(xiǎn)。

2) 石炭系上統(tǒng)太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，裂隙不發(fā)育，為含水性弱的含水層，對(duì)開(kāi)采影響較小。

3) 9106工作面掘進(jìn)過(guò)程中，由于錨索施工可能導(dǎo)通3號(hào)煤層頂板含水層，預(yù)計(jì)9106工作面掘進(jìn)正常涌水量為3～5 m3/d左右，最大涌水量為10 m3/d左右，工作面頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

表1 9106工作面頂板與底板的情況

2 工作面防治水與安全條件評(píng)價(jià)

2.1 奧灰水安全條件評(píng)價(jià)

9106運(yùn)巷工作面處于奧灰水承壓區(qū)域，工作面附近水文鉆孔有WZ4，奧灰水水位標(biāo)高+635.2 m。突水系數(shù)作為評(píng)價(jià)底板突水可能性的一種方法，在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。

(1)

式中：T為突水系數(shù)，MPa/m；P為奧灰水壓作用在隔水層上的水壓，MPa；可根據(jù)奧灰水位與奧灰頂面標(biāo)高求得為2.85 MPa；M為3號(hào)煤底至奧灰含水層向隔水層厚度與奧灰頂面相對(duì)隔水層厚度為135.53 m。

從表2得出，3號(hào)煤層與奧灰含水間隔水層厚度135.533 m，突水系數(shù)0.021 MPa/m，小于臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m，工作面位于奧灰承壓水面以下，但突水系數(shù)小于0.06 MPa/m，可能發(fā)生底板突水危險(xiǎn)地區(qū)，但在無(wú)導(dǎo)水?dāng)鄬印?dǎo)水陷落柱溝通的情況下不會(huì)發(fā)生突水事故。帶壓開(kāi)采防治水工作重點(diǎn)，加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造帶導(dǎo)水性的探測(cè)，防止地質(zhì)構(gòu)造帶導(dǎo)水造成水災(zāi)事故發(fā)生。石炭系上統(tǒng)太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，裂隙不發(fā)育，為含水性弱的含水層，對(duì)開(kāi)采影響較小。

表2 9106工作面奧灰水突水系數(shù)

2.2 其他水患安全評(píng)價(jià)

2.2.1 地表水

工作面所在區(qū)域?qū)?yīng)地表無(wú)水體，僅掘進(jìn)至切眼位置時(shí)東部相鄰漳澤水庫(kù)(屬不可波及水體)，已預(yù)留足夠的保護(hù)煤柱，嚴(yán)禁在保護(hù)煤柱內(nèi)進(jìn)行采掘活動(dòng)，因此地表水對(duì)工作面掘進(jìn)無(wú)影響。

2.2.2 采空區(qū)積水

9106掘進(jìn)工作面周邊均為實(shí)體煤，無(wú)采空區(qū)，因此工作面掘進(jìn)不受采空區(qū)積水影響。

2.2.3 構(gòu)造帶導(dǎo)水安全評(píng)價(jià)

根據(jù)地面三維地震勘探顯示，工作面整體為上山掘進(jìn)，局部有起伏，煤層傾角在1～4°之間，工作面煤層厚度穩(wěn)定，運(yùn)巷開(kāi)口往里566 m處可能遇斷層F20H=4.0 m∠70°，運(yùn)巷開(kāi)口往里1 400 m處可能遇斷層F22H=3 m∠45°，運(yùn)巷往里預(yù)計(jì)掘進(jìn)至2 010 m處可能遇三維地震勘探顯示斷層F23H=3.0 m ∠50°，探明構(gòu)造帶產(chǎn)狀且確定不導(dǎo)水后方可繼續(xù)掘進(jìn)，巷道在掘進(jìn)過(guò)程中均未揭露斷層，排除了構(gòu)造導(dǎo)水帶的影響，運(yùn)巷探測(cè)三維地震勘探斷層，如圖2所示。

圖2 9106運(yùn)巷探測(cè)三維地震勘探斷層設(shè)計(jì)

2.2.4 頂板含水層水安全評(píng)價(jià)

該工作面整體呈上山掘進(jìn)，施工期間預(yù)計(jì)導(dǎo)通3號(hào)煤層上部頂板砂巖含水層裂隙水，工作面開(kāi)口掘進(jìn)至136～750 m范圍遇3號(hào)煤頂板強(qiáng)、中、弱富水區(qū)，掘進(jìn)至2 500～2 700 m范圍遇3號(hào)煤頂板中富水區(qū)，掘進(jìn)至3 000 m切眼位置遇3號(hào)煤頂板弱富水區(qū)，結(jié)合相鄰巷道的揭露情況，預(yù)計(jì)正常水量為5～6 m3/d，最大8 m3/d。因此頂板水是該工作面的主要充水水源，9106工作面疏放頂板水鉆孔剖面圖，如圖3所示。

圖3 9106工作面疏放頂板水鉆孔剖面圖

3 防治水安全技術(shù)措施

1) 掘進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采的原則，采取物探、鉆探方法進(jìn)行超前探測(cè)，驗(yàn)證無(wú)異常后，方可繼續(xù)掘進(jìn)施工。開(kāi)展物探探測(cè)工作，每70 m進(jìn)行一次物探。對(duì)低阻異常區(qū)，要加大鉆探驗(yàn)證，以查明含水區(qū)情況以及隱伏斷層、陷落柱等構(gòu)造帶的水文地質(zhì)特征。

2) 開(kāi)展超前鉆探探測(cè)工作，每60 m處在迎頭布置4個(gè)鉆孔探水。鉆孔深度60 m，允許掘進(jìn)30 m，超前距30 m(超前探測(cè)鉆孔示意如圖4所示)。鉆孔直徑不大于94 mm，“探水—掘進(jìn)—探水”循環(huán)進(jìn)行。在可疑區(qū)域(前方有采空區(qū)，陷落柱，斷層裂隙帶等地質(zhì)構(gòu)造帶情況)時(shí)，短掘短探，如確實(shí)需要，可先建防水閘墻，并在閘墻外向內(nèi)進(jìn)行探水。

圖4 9106工作面施工超前探測(cè)鉆孔示意

3) 掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)頂?shù)装逵克惓?，及時(shí)匯報(bào)；如水質(zhì)清澈、無(wú)異味、水量較小、無(wú)壓力、煤巖層產(chǎn)狀無(wú)異常，則堅(jiān)持“有掘必探”防治水原則，加強(qiáng)排水及涌水觀(guān)測(cè)工作[2]。如發(fā)現(xiàn)有掛紅、掛汗、空氣變冷、出現(xiàn)霧氣、水叫、頂板淋水加大、頂板來(lái)壓、底板鼓起或產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)滲水、水色發(fā)渾、有臭味等突水預(yù)兆時(shí)，必須停止作業(yè)，采取措施，立即報(bào)告礦調(diào)度室，發(fā)出警報(bào)，撤出所有受水患威脅地點(diǎn)的人員[3]。

4) 根據(jù)《山西潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司王莊煤礦3號(hào)煤層帶壓開(kāi)采安全性評(píng)價(jià)及安全技術(shù)措施報(bào)告》中評(píng)價(jià)，奧灰靜水位標(biāo)高+629.076～+636.89 m之間，井田帶壓區(qū)內(nèi)，奧灰突水系數(shù)為0.010～0.032 MPa/m，均小于0.06 MPa/m。隔水層厚度為85.95～165.30 m，平均135.06 m。在無(wú)斷裂構(gòu)造導(dǎo)水的情況下，一般不會(huì)發(fā)生奧灰?guī)r溶水突水問(wèn)題。

5) 相關(guān)單位要根據(jù)地測(cè)科水情水患預(yù)報(bào)中的要求，采取針對(duì)性防治水措施。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 9106工作面屬于承壓開(kāi)采，但突水系數(shù)小于臨界突水系數(shù)，正常情況下工作面回采期間不存在奧灰水突水威脅。

2) 9106工作面掘進(jìn)過(guò)程中，部分巷道錨索孔出水、頂板淋水較大，為3號(hào)煤層頂板砂巖裂隙含水層富水性不均造成?；夭珊髮?dǎo)水裂隙帶將完全導(dǎo)通K8、K10砂巖裂隙含水層，造成工作面采空區(qū)涌水量增大，隊(duì)組應(yīng)注意補(bǔ)充防排水措施，加強(qiáng)排水系統(tǒng)巡查，有異常情況及時(shí)通知相關(guān)單位。

綜上所述，9106工作面水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，受水害威脅較小，工作面防治水工作已準(zhǔn)備到位，具備回采條件，在回采期間保證排水系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。