梁磊

摘 要：神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)紅柳煤礦首采工作面初采186m范圍內(nèi)發(fā)生了4次較大規(guī)模的突水，最大突水量達(dá)到了3000m3/h，工作面兩次被迫停產(chǎn)。通過對首采工作面水文地質(zhì)條件的分析論證，認(rèn)為造成工作面突水的原因是采后形成的離層水，對已施工離層水探放鉆孔的分析、驗(yàn)證，總結(jié)出離層水的探放經(jīng)驗(yàn)和防治措施。

關(guān)鍵詞：突水 離層水 防治 技術(shù)

中圖分類號：TD742 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0069-02

1 礦井概況

紅柳煤礦位于寧夏靈武市馬家灘鎮(zhèn)境內(nèi)，井田南北走向長約15km，東西走向?qū)捈s5.5km，面積約79.55km2。礦井設(shè)計可采儲量11.88億t，設(shè)計年生產(chǎn)能力800萬t，服務(wù)年限99年。

礦井采用斜井、立井混合開拓，2011年2月進(jìn)入聯(lián)合試生產(chǎn)，工作面采用走向長壁綜合機(jī)械化一次采全高采煤方法，現(xiàn)主要開采侏羅系中統(tǒng)延安組2煤和3煤。

2 水文地質(zhì)簡介

井田含水層由上而下劃分為以下五個主要含水層：

（1）第四系孔隙潛水含水層（Ⅰ）。

（2）侏羅系中統(tǒng)直羅組裂隙孔隙承壓含水層（Ⅱ）。

（3）2煤～6煤間砂巖裂隙孔隙承壓含水層（Ⅲ）。

（4）6煤～18煤間砂巖裂隙孔隙承壓含水層（Ⅳ）。

其中（Ⅱ）含水層全井田發(fā)育，廣泛分布，以粗粒砂巖為主，多為2煤直接頂板，富水性較強(qiáng)，滲透性相對較好，是影響井田的主要充水含水層。

井田勘探報告中將紅柳井田劃分為水文地質(zhì)條件簡單類型，預(yù)測礦井正常涌水量618m3/h，最大涌水量713m3/h。生產(chǎn)后，礦井實(shí)際涌水量與勘探報告預(yù)測涌水量存在較大差異，生產(chǎn)期間正常涌水量950m3/h，最大涌水量1360m3/h。紅柳煤礦委托西安煤科院對礦井水文地質(zhì)類型重新進(jìn)行了劃分，確定礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜型。

3 離層水成因及形成條件

3.1 離層水成因

當(dāng)工作面回采后，頂板破壞，離層空間逐漸形成，上、下分層粗砂巖含水層水順著導(dǎo)水裂隙帶涌入井下，礦井涌水正常，此時泥巖隔水層遇水膨脹、松散，逐漸填堵了導(dǎo)水裂隙，類似于“再造隔水層”，使得離層成為了可以儲水的地質(zhì)體，直羅組粗砂巖含水層雖然滲透性較弱，但是其具有孔隙水的特征，一旦可儲水的離層空間形成，地下水通過原生裂隙、孔隙充填到離層空間，使得離層成為了一個相對穩(wěn)定的“儲水體”，此時整個地層處于平衡狀態(tài)，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，頂板破壞強(qiáng)度加大，伴隨著周期來壓，老頂大面積垮落、斷裂，原先的平衡被打破，離層水瞬間潰入工作面，造成突水。

3.2 離層水的形成條件

（1）2煤頂板的巖性及其組合特征。

紅柳煤礦首采工作面所采煤層為侏羅系中統(tǒng)延安組頂部2煤，該工作面2煤平均厚5.28m，2煤直接頂為粉、細(xì)砂巖，厚度8～10m，老頂為直羅組下段下分層粗砂巖含水層，厚度14.66～47.17m，平均厚度22.2m；其上為7.0～25.5m粉砂巖、泥巖，平均厚度20m，為隔水層；再向上為厚29.07～41.76m，平均厚40.6m的直羅組下段上分層粗砂巖含水層。正是2煤這種特殊的巖性組合為離層形成提供了條件。

（2）工作面開采前未整體進(jìn)行疏放水，為離層水的形成提供了水源條件。

（3）首采工作面開采初期設(shè)備運(yùn)行不正常，回采速度慢，時采時停，給頂板的緩慢下沉及離層水的蓄積提供了條件。

4 離層水防治技術(shù)

4.1 根據(jù)以往勘探成果，分析頂板覆巖中隔水關(guān)鍵層及組合特征，判斷形成離層水的可能性

北京煤科院利用鉆孔沖洗液漏失量觀測和地面鉆孔彩色電視法確定的工作面頂板覆巖破壞“兩帶”高度，即導(dǎo)水裂隙帶高度為62.59m，為采厚的11.85倍；垮落帶高度為42.76m，為采厚的8.10倍。通過分析導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)頂板覆巖中的含、隔水層，確定是否具備形成離層的巖性組合條件。

4.2 采前對煤層頂板直羅組底部粗砂巖含水層進(jìn)行有效疏放

每個工作面開采前在風(fēng)、機(jī)巷及切眼，根據(jù)老頂周期來壓步距每60m布置1個鉆場，施工3～5個鉆孔，呈扇形覆蓋整個工作面，另外向工作面周邊富水區(qū)域施工一部分鉆孔，疏放水周期為2～3個月，待水量減小趨于穩(wěn)定，水壓降至0.3MPa以下時方可回采。

在具備條件的工作面采用中長距離定向鉆機(jī)施工疏放水鉆孔，選用ZDY6000LD（A）和ZDY6000LD型號鉆機(jī)，鉆孔最深達(dá)650m，增加鉆孔在含水層中的穿行距離，可直接覆蓋工作面，采用定向鉆孔施工可縮減鉆孔工程量，提前進(jìn)行疏放水，提高疏放水效率。根據(jù)已施工鉆孔涌水量觀測資料，常規(guī)鉆孔平均單孔最大涌水量21m3/h，穩(wěn)定涌水量為5.9m3/h。定向鉆孔平均單孔最大涌水量48m3/h，穩(wěn)定涌水量為18m3/h。

4.3 回采過程中探放離層水

紅柳煤礦2煤工作面垂向上的離層水發(fā)育最低點(diǎn)標(biāo)高在距煤層頂板以上45～55m，平面上位于機(jī)巷煤幫15～60m范圍，2煤回采周期來壓步距為60m，工作面開采過程中在每次周期來壓前10～15m對可能形成的離層水進(jìn)行探放。

根據(jù)離層水的探放經(jīng)驗(yàn)，在鉆孔設(shè)計施工中應(yīng)注意下列技術(shù)問題。

（1）從發(fā)育時間上看，離層水是隨著工作面的向前推進(jìn)逐步發(fā)育的，即隨采隨形成。離層水探放鉆孔在施工時間上要緊密結(jié)合工作面的回采進(jìn)度和垮落步距，施工時間過早離層水尚未大規(guī)模形成；施工時間過晚可能會影響工作面的正常推進(jìn)。

（2）先期施工的鉆孔隨著工作面的推進(jìn)，頂板覆巖移動破壞，鉆孔會在一定程度上被破壞，影響疏水效果。

（3）受覆巖條件的影響，鉆孔在放水過程中會出現(xiàn)塌孔、堵孔現(xiàn)象，下設(shè)鋼制篩管后，疏水效果明顯。endprint

（4）由于離層發(fā)育位置的限制，設(shè)計的鉆孔參數(shù)要精確，施工要嚴(yán)格按照設(shè)計進(jìn)行。

4.4 加強(qiáng)回采工作面涌水量預(yù)測

涌水量預(yù)測采用靜儲量和動態(tài)補(bǔ)給量聯(lián)合預(yù)測的方法，采用解析法和比擬法進(jìn)行計算，通過已回采工作面數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出適合本礦涌水量計算的相關(guān)參數(shù)，計算的涌水量與工作面回采后的實(shí)際涌水量值相差較小，提前配備好相應(yīng)的排水設(shè)施。

對于頂板含水層水靜儲量的預(yù)測，當(dāng)疏放水鉆孔總水量大于靜儲量預(yù)測值，并且鉆孔殘余水量等于或者小于動態(tài)補(bǔ)給量時，即可認(rèn)為頂板水疏放效果良好，達(dá)到了疏放水的目的；否則，需要延長疏放時間或適當(dāng)加密疏放水鉆孔。

4.5 工作面設(shè)計時在最底點(diǎn)施工泄水通道，保證采空區(qū)涌水能順利排出

每個采區(qū)首采工作面開采前委托西安煤科院對工作面開采水文地質(zhì)條件進(jìn)行評價，工作面達(dá)到安全回采標(biāo)準(zhǔn)后方可開采。工作面回采過程中加快推進(jìn)速度，減少頂板離層水的大量蓄積。

5 防治效果

（1）I010201工作面頂板水疏放鉆孔自2010年5月13日開始施工，截至2010年11月21日，累計施工鉆場39個，共104個鉆孔，總進(jìn)尺15612.5m，累積疏放水量63.5萬m3，鉆孔疏放水效果明顯，通過疏放含水層靜儲量，降低了水頭高度，消減了工作面周期性涌水的峰值涌水量，從而達(dá)到工作面采后涌水平穩(wěn)泄出的目的。

I010201工作面離層水探放鉆孔自2010年9月29日開始施工至2011年5月29日結(jié)束，累計施工鉆場13個，共39個鉆孔，總進(jìn)尺4421.8m，下入篩管971.5m，累計疏放水量52萬m3。

通過施工頂板水疏放鉆孔和離層水探放鉆孔，工作面在恢復(fù)生產(chǎn)后，采空區(qū)涌水量穩(wěn)定在40～60m3/h，工作面連續(xù)安全回采1185m至結(jié)束。

（2）經(jīng)過不斷對2煤頂板含水層水文地質(zhì)條件的認(rèn)識，已探索出一套切實(shí)可行的頂板水（包括離層水）防治措施，通過采取采前疏放水、回采過程中探放離層水的措施，保證工作面的安全回采。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫魁.煤礦水害致災(zāi)機(jī)理研究[D].西安科技大學(xué)，2016.

[2] 楊吉平，李學(xué)華.工作面頂板離層水積水量預(yù)測及探放方案[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，27（3）：1-4.endprint