煤柱高應力下大巷淋水原因分析

趙振軍

摘 要：該文在分析了開灤趙各莊礦13水平東翼2石門以東的地質條件和開采特點的基礎上，通過理論分析、數值模擬，進行了13水平東2石門區域大巷淋水問題的研究，研究結果對于指導深部復雜地質條件下煤礦安全開采具有指導意義。

關鍵詞：深部開采 底板 應力 數值模擬 安全開采

中圖分類號：TD32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0092-02

隨著國內煤礦開采深度的增加，地應力升高，再加上有些礦井地質構造復雜，造成了巷道淋水問題。對于巷道頂板淋水情況，隨著時間的增長，不但會對煤礦回采工作面結構的穩定性造成影響，而且會影響到巷道內及頂板各支撐結構，使得井下作業環境持續惡化，影響工作效率，情況嚴重的甚至會威脅到井下工作人員的人身安全。

1 地質概況

13東1～3石門運輸大巷煤巖層走向平均120°，傾向平均210°，傾角20°～43°，平均31°，總體上由西向東逐漸增大。巖性主要以深灰色細、粉砂巖為主。13水平東運輸大巷、回風大巷開拓施工層位均在趙各莊灰巖（K6）～唐山灰巖（K3）之間。巖性主要以深灰色細、粉砂巖為主。該層段為礦井弱含水層，深部較淺部含水性有增強趨勢，在14水平大巷施工過程中多處出現淋水現象，最大涌水量曾達0.36 m3/min。13東大巷距下部K3灰巖15 m左右，距離奧灰法線距離70 m左右。

2 開采環境分析

2.1 煤柱高應力

圖1是3232工作面開采平面圖，工作面因構造異常、斷層留有殘存煤柱，該煤柱包括2232與3232工作面局部棄采煤柱、3232工作面構造異常區域煤柱，異常區域煤柱支承壓力出現疊加，應力集中系數異常高，對該區域底板巖層的采動破壞帶深度增大，導致大巷變形嚴重。

2.2 構造應力導致底板巖層發生曲屈破壞

在水平構造應力作用下，巷道底板巖層將承受軸向力的作用。當底板承受的軸向力超過其允許限度后，同樣會因底板巖層失穩而引起曲屈破壞，發生嚴重底鼓、底板巖層破裂等嚴重后果。13水平東翼大巷底板存在厚度14 m左右的砂質頁巖，該巖層在構造應力作用下容易發生曲屈破壞。

2.3 構造異常

地質儀探測顯示，在2石門以東大巷97 m北部可能有斷層發育。經瑞利波探測在120～170 m范圍北側36～50 m深度存在地質構造異常。由于在12煤層底板發育4 m左右落差的正斷層，破壞了底板的完成性。

因工作面具有上述較為特殊開采條件，導致122煤層底板至大巷之間地應力重新分布，大巷圍巖發生變化，裂隙發育；通過開采機理、地質條件分析，水壓、水質分析，可以排除出水水源直接由奧灰水補給，但可能有間接滲透作用。

3 結論

（1）3392工作面由西向東推采，其開采形成的超前支承壓力與側向支承壓力必然傳遞到12煤層上山煤柱區域，造成12煤層底板巖層經受動態應力作用，而出現大巷變形與淋水現象。

（2）地質構造異常加上大巷正處在砂巖含水層中，大巷接受順層水補給，從而引起13水平東1石門以西大巷所處層位的水量、水壓加大，導致大巷淋水。

（3）大巷出現淋水的主要原因是高應力場破壞了隔水層整體阻隔能力，特別是對大巷圍巖造成局部破壞與裂隙通道，局部隱伏構造增加了奧灰水原始裂隙高度，形成突水優勢體結構，大巷淋水屬于巖層水與奧灰水通過裂隙耦合補給造成的。

參考文獻

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