強(qiáng)制放頂在受水害威脅工作面中的實(shí)踐

呂新峰

（濟(jì)南華玫礦業(yè)有限責(zé)任公司，山東 肥城 271613）

煤層開采受到五灰水和奧灰水威脅,治理難度較大、水害威脅嚴(yán)重。華玫礦業(yè)現(xiàn)采5號(hào)、7號(hào)、9號(hào)和10號(hào)煤。其中9號(hào)煤層因頂?shù)装宓刭|(zhì)條件較好（如表1所示），煤層穩(wěn)定、構(gòu)造簡(jiǎn)單，列為主產(chǎn)煤層。回采9302和9303工作面時(shí)，由于煤層底板突水，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)正常開采，嘗試多種防治底板突水措施后，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)制放頂可較好地解決底板突水問(wèn)題。

表1 9號(hào)煤頂?shù)装鍘r性特征表

1 工作面突水的現(xiàn)狀分析

1.1 工作面的地質(zhì)概況

據(jù)該礦水文地質(zhì)資料，9號(hào)煤直接頂為粉砂巖夾泥灰?guī)r，厚度8.65 m，直接底為粉砂巖厚度3.5 m，老頂為四灰?guī)r，老底為粉砂巖。9號(hào)煤下距五灰25～29m，平均27m；五灰至奧灰8～12 m，平均9.9 m。五灰和奧灰，為本礦強(qiáng)含水層，9號(hào)煤標(biāo)高-130 m以下，五灰水位+35 m。為了確定是否需采取疏水降壓開采或注漿改造底板后再行開采，需要驗(yàn)算其突水系數(shù)：

式中：Ts為突水系數(shù)，MPa/m；P為五灰含水層水壓，MPa；M為隔水層厚度，m。經(jīng)計(jì)算 Ts=1.92/27=0.071 MPa/m.0.071MPa/m＞0.06MPa/m具有突水危險(xiǎn)。

通過(guò)公式計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)，發(fā)現(xiàn)工作面底板突水是回采底板破壞型突水。9302和9303工作面是開采的前兩個(gè)工作面，頂板管理最初采用緩慢下沉法。當(dāng)工作面每向前推進(jìn)30～40m，煤層底板突水，突水量Q為30～50 m3/h，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)正常開采，曾經(jīng)通過(guò)強(qiáng)制放頂并留設(shè)安全煤柱，補(bǔ)切眼，再繼續(xù)回采。一個(gè)工作面回采完后，往往需要放頂5～6次，煤柱留設(shè)50～60 m，產(chǎn)量少、回采率低，還增加了排水費(fèi)用和工時(shí)費(fèi)用。再者，為減少開采時(shí)的突水危險(xiǎn)，曾在開采前對(duì)底板進(jìn)行了注漿改造，加固底板隔水層，改變5灰含水層的富水性，具備了開采條件，但在開采過(guò)程中，必須注意降低礦壓對(duì)底板的破壞。

1.2 工作面的底板突水與礦壓的關(guān)系

經(jīng)對(duì)9302和9303工作面的回采，我們發(fā)現(xiàn)9號(hào)煤頂板為粉砂巖夾泥灰?guī)r，不易發(fā)生冒落。工作面支柱回收后，頂板緩慢下沉，從密集排至頂?shù)装褰訉?shí)段在15～20 m，整個(gè)工作面采空區(qū)形成一個(gè)巨大懸露空間，煤壁一端支承著回采工作面空間上方懸露巖層的大部分重量，懸露面積越大、礦壓越大，對(duì)煤層底板的變性破壞就越大，這是誘發(fā)底板突水的直接原因。要解決這個(gè)問(wèn)題，就要改變頂板管理方式，由人工強(qiáng)制放頂替代緩慢下沉法。人工強(qiáng)制放頂后，減少懸露面積，從而減小了巷道頂板壓力。

2 底板突水的防治措施

2.1 治理底板突水的常用方法

根據(jù)突水規(guī)律，防治底板突水，應(yīng)以底板水文地質(zhì)條件為前提，針對(duì)具體情況做好底板治理、疏放降壓、合理留設(shè)防水煤柱的綜合預(yù)防治理措施。

1）底板治理。由于巷道的地質(zhì)條件、底板圍巖性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)的差異，底板的變形破壞也會(huì)不同。底板為松軟破碎巖層時(shí)，可用錨桿與注漿相結(jié)合的方法，使底板強(qiáng)度增加；壓入地層空隙漿液擴(kuò)張、凝固、硬化，以加固地層、并堵截補(bǔ)給水源的通道。為從根本上解決底板突水，常在采取注漿堵水、井下物探的同時(shí)，設(shè)計(jì)施工一條專用底板疏水巷。

2）留設(shè)防水煤柱。在受水害威脅的地段，為防止地下水或其他水源潰入工作面，以下情況應(yīng)留設(shè)相應(yīng)的防水煤柱：①因斷層影響使煤層和富含水層接觸或者煤層既和富含水層接觸又被部分富含水層掩蓋；②因斷層影響使煤層底板和承壓含水層接近，且當(dāng)煤層采空后承壓水有突破底板的危險(xiǎn)；③煤層與充水?dāng)鄬咏佑|；④煤層與充水陷落柱接觸。

3）設(shè)置井下截水建筑物。為使井下局部地區(qū)的涌水不致波及其它地區(qū)，或?yàn)槎陆厮矗柙谶m當(dāng)?shù)攸c(diǎn)建筑截水建筑物（放水閘），將開采區(qū)與水源隔離。放水閘通常分為防水閘門和防水墻兩種。

2.2 采用強(qiáng)制方頂法治理底板突水

強(qiáng)制放頂是頂板管理中的常用方法。當(dāng)巷道靠采空區(qū)一側(cè)頂板未按預(yù)計(jì)切頂線垮落時(shí)，則要組織人工打挑頂眼，采取爆破形式強(qiáng)制放頂。這需配備壓風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)管路、風(fēng)洞鑿巖機(jī)等設(shè)備及相關(guān)人員，并要處理好工作面，打挑頂眼與其它工序的關(guān)系，以及打挑頂眼的裝炮與回柱的關(guān)系。故在開采過(guò)程中要加強(qiáng)底板控制，從煤礦生產(chǎn)、安全保障、防治水害的角度，避免出現(xiàn)大面積出水、淹井、甚至人員傷亡現(xiàn)象；制定切實(shí)有效的底板突水防治措施，這是安全生產(chǎn)的重中之重。要制定強(qiáng)制放頂?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。規(guī)定懸頂面積最大不超過(guò)10m2（走向達(dá)到2m，傾向達(dá)到5m）。

1）挑頂眼的布置：在切眼與工作面兩巷打?qū)ρ郏凵?.5 m，傾角75°～80°，對(duì)與對(duì)之間2 m。要在工作面兩巷切眼掘進(jìn)時(shí)就打出來(lái)；對(duì)已形成的備用面未打的補(bǔ)打，或開采前打出來(lái)也可。工作面回采中，挑頂眼的布置，朝向采空區(qū)傾角75°～80°，眼深1.5 m；眼距視頂板的冒落情況而定，一般為3～5 m；裝藥量為0.75～0.9 kg/眼。

2）裝備風(fēng)動(dòng)鑿巖系統(tǒng)。安設(shè)壓風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)管路、閥門、風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、鉆桿。鉆桿要配備不同長(zhǎng)度的（如0.6 m、1.0m、1.2 m、1.5 m各兩根及鉆頭等）。每班要配至少兩名鑿巖機(jī)司機(jī)（須經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)考試合格，取得資格證），司機(jī)操作必須遵守操作規(guī)程。

3）認(rèn)真處理打挑頂眼與回采各工序的關(guān)系。工作面在放炮與回柱期間嚴(yán)禁打眼。打挑頂眼必須在可靠支護(hù)條件下，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。打挑頂眼要提前準(zhǔn)備，不能等到回柱后懸頂面積超過(guò)規(guī)定再打。

4）認(rèn)真處理挑頂眼裝放炮與回柱的關(guān)系。裝填炮眼要在回柱前操作，連線與通電起爆要在回柱后操作。連線時(shí)人員必須在可靠支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行。爆破工要和回柱放頂工密切合作，嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程、安全技術(shù)措施、技術(shù)操作規(guī)程的各項(xiàng)規(guī)定要求操作。堅(jiān)持“淺打眼少裝藥”原則，爆破前必須由班長(zhǎng)親自布置好警戒，必須在可能通往爆破地點(diǎn)的所有通道設(shè)置警戒，并遵守下列的規(guī)定：①每孔裝藥量最大不得超過(guò)150 g，炮眼必須封滿炮泥；②爆破前，必須在爆破地點(diǎn)附近灑水降塵；③爆破前，必須加固施工地點(diǎn)10 m范圍內(nèi)的支護(hù)；④爆破前，必須將巷道電纜，水管等設(shè)備進(jìn)行掩蓋，以防爆破崩壞；⑤對(duì)回收落頂未爆破的炮，要嚴(yán)格遵守規(guī)程規(guī)定。

5）加強(qiáng)管理。把強(qiáng)制放頂工作納入生產(chǎn)質(zhì)量驗(yàn)收交接管理中。懸頂面積超過(guò)規(guī)定要嚴(yán)格扣罰，對(duì)挑頂眼個(gè)數(shù)要采用正向激勵(lì)。質(zhì)量驗(yàn)收員要嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，確保挑頂效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)頂板實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制放頂措施之后，各個(gè)工作面9號(hào)煤回采尚未出現(xiàn)底板突水現(xiàn)象，9號(hào)煤不僅得到順利回采，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了產(chǎn)量，并減少了因出水、留設(shè)煤柱對(duì)其下10號(hào)煤的水害及礦壓影響。鑒于強(qiáng)制放頂在9號(hào)煤防治底板出水取得良好效果，本礦已將強(qiáng)制放頂作為底板承壓水防治的重要方法，并在8號(hào)煤、10號(hào)煤的開采中得到推廣應(yīng)用。

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