龐龐塔礦9#煤層首采工作面開采水害綜合分析評價

雷 鵬

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 臨縣 033200）

1 工程概況

霍州煤電集團龐龐塔煤礦位于山西省臨縣程家塔—吉家莊—陽泉村一帶，井田內含煤地層為太原組和山西組，主要可采煤層為5上#、5#、9#煤層。現階段5#煤層已開采殆盡，即將進行9#煤層的開采。一采區首采工作面為9-101 工作面，9#煤層賦存于太原組中下部，煤層結構復雜，含一至二層夾矸，平均煤層厚度為12m。該工作面呈一單斜構造，傾向為東西向，走向為南北向，煤層傾角15°～28°，平均25°。9-101 工作面井下位置：工作面北部為西區9#煤皮帶暗斜井及5#煤四條集中下山，南部、西部為9#煤層實體煤，東部為正在開采的9-301 工作面及南延輔運、輸送機兩條大巷，上部為原5#煤5-103 工作面及原5-1052 巷。工作面在回采期間可能會揭露隱伏構造，對工作面造成一定的影響。為具體了解9-101 工作面開采的安全性，對其開采的各種水害進行綜合性評價。

2 9-101 工作面水文地質條件分析

2.1 地質構造條件

龐龐塔礦9-101 工作面在掘進過程中共揭露斷層14 條，全部為正斷層，最大的斷層落差為7m，最小構造的斷層落差為1.3m。9-101 工作面掘進期間所揭露斷層均在停采線以內，其中F5 ～F13 等8條正斷層會對回采造成較大影響，其余斷層由于落差相對煤層厚度較小，預計對回采影響不大。工作面在回采期間可能會揭露隱伏構造，對工作面造成一定的影響。斷層詳細特征如表1 所示。

表1 9-101 工作面斷層一覽表

2.2 水文地質條件

2.2.1 頂板含水情況

9#煤層位于太原組中下部，灰巖巖溶含水層位于煤層上方，灰巖含水層主要為L1、L3、L4 石灰巖。據礦方提供的水文勘探鉆孔抽水試驗結果，單位涌水量0.00054～0.05539 L/s·m，為弱富水性，富水性較弱。

2.2.2 底板含水層

奧陶系中統石灰巖巖溶裂隙含水層組位于9#煤層下方，抽水試驗表明單位涌水量為0.851L/s·m，富水性中等。一般說來，隨埋深而變化，埋深小巖溶發育程度高，富水性強，埋深大則反之。但是古巖溶的存在可導致例外，使得O2灰巖的富水性很不均一，在局部區域有可能偏大。

2.2.3 隔水層

根據礦方提供的地質鉆孔柱狀圖等相關資料[1]，9#煤層一采區內奧陶系頂面與9#煤層的垂直距離平均為81m，巖層主要由炭質泥巖、泥巖、鋁質泥巖構成，層間夾雜著不穩定發育的薄層石灰巖、砂巖，是隔水性能優良的巖層，對煤層下方的奧灰承壓水可起到阻隔作用。

“不要急著下結論，更不必擴大到所有的男人。這個男人也真有意思，當他覺得被Y徹底傷害之后，反倒放下了。他不怕別人背叛，就怕別人愛他。當他看到Y有了另外的男人，反而沒事了。”

2.2.4 采空區積水

9-101 工作面上部為原5#煤5-103 工作面，2010 年開采完。根據采掘情況分析上部采空區有三處低洼點可能存在積水，工作面圈定以后，已對低洼進行了探放，均探至采空區，無水。

2.2.5 涌水量情況

預計工作面正常涌水量為30～40m3/h，最大涌水量為80m3/h。

2.2.6 綜合分析

龐龐塔礦9-101 工作面底板標高為+589～ +698m，煤層上部的太灰含水層水位為+1011m～ +1098m。礦井多年對5#煤層的開采過程中，持續的對太灰水進行疏降，太灰水水位基本保持在+595～ +748m 之間，且富水性愈來愈弱。在進行9#煤層9-101 工作面回采過程中，預計太灰水會以淋水形式出現在工作面，但是水量不會很大，不會威脅工作面的安全高效回采。9-101 工作面下部的奧灰水水位為+800m～ +825m，工作面最低標高為+596m，最大帶壓2.9MPa，且工作面存在多條斷層，若工作面與該含水層導通，預計將發生嚴重的突水事故，對工作面安全生產造成巨大的威脅。

3 底板突水危險綜合評價分析

3.1 突水危險性評價

根據以上分析結果可知，龐龐塔礦9-101 工作面下方的奧灰水是強承壓含水層，如果在工作面回采過程中遇到斷層等導水構造，可能會引發工作面突水事故。因此為保障工作面近距離承壓水上的安全作業，需對9-101 工作面底板穩定性和突水的危險性作進一步分析研究。采用突水系數法進行底板突水危險性分析，首先進行突水系數的計算，公式[2-3]：

Ts-突水系數，MPa/m；

P-承壓水壓力，MPa；

h2-底板與下部含水層間隔水層總厚度，m。

底板有效隔水層分析計算模型如圖1 所示。

圖1 工作面開采底板隔水層分層結構模式圖

ha-煤層底板與含水層的距離，龐龐塔礦9-101工作面距底板奧灰含水層垂直距離為81m；

h1-工作面回采期間，底板上部發生塑性破壞巖體的深度，考慮工作面采動及底板下部承壓含水層水壓的作用，破壞深度計算公式為[4]：

式中：

k1-采空區傾斜方向邊緣區域應力集中系數，取2.0；

h-工作面平均埋深，龐龐塔礦9-101 工作面平均蓋山厚度為510m；

γ-頂板巖層容重，為2.48MN/m3；

Cm-底板內聚力，為11.26MPa；

φ-底板內摩擦角，為26°；

m-采高，9-101 工作面采用放頂煤開采工藝，設計采出率為93%，煤層總厚為12m，因此采高為11.16m。

通過式（4）可計算得到工作面采動破壞底板深度xa=12.6m，通過式（3）可得采動和承壓水作用下底板破壞深度為17.8m。

式（2）中h3為承壓水導升帶高度，根據礦方提供的地下水文鉆孔得知h3=9.6m，由式（2）得到龐龐塔礦9-101 工作面與下部奧灰含水層間有效隔水層厚底為53.6m。龐龐塔礦一采區內奧灰水位為+800m ～+825m，9-101 工作面最低標高為+596m，最大帶壓P=2.9MPa，由式（1）計算可得9-101 工作面最大突水系數約為0.054MPa/m。根據煤礦防治水規定要求，底板受構造破壞區域突水系數應不大于0.06MPa/m，正常塊段應不大于0.1MPa/m，此時工作面處于安全開采范圍。9-101 工作面內存在多條斷層，其突水系數小于0.06MPa/m，因此9-101 工作面能夠進行帶壓開采。

3.2 底板水害治理建議

根據突水系數法的研究結果，9-101 工作面底板奧灰水無突水危險，但同樣需加強防治水相關工作。9-101 工作面帶壓開采期間必須制定專項防治水措施，嚴格按照措施施工，加強水文觀測，發現透水預兆時立即停止作業，按避災路線將人員撤到安全地點，并及時向區、礦調度匯報情況，聽從調度指揮和安排。

當回采工作面內有導水的斷層、裂隙或陷落柱時，應當按照規定留設防隔水煤（巖）柱，否則不準采煤。工作面正式回采前應首先在綜采工作面進行坑透工作，查明各個斷層的導水性和具體位置，必要時需要采取底板注漿等措施加固底板。注漿堵水主要是封堵導水通道（導水斷層、導水陷落柱、導水裂隙、導水舊鉆孔），并通過物探與鉆探驗證注漿改造效果。回采工作面開采完后，對于已經失去使用價值而需關閉的局部疏水降壓鉆孔，必須進行注漿封閉，并在有關圖紙上標明其位置。

4 結論

依據龐龐塔礦9-101 工作面具體的開采技術和水文地質條件，對工作面開采各種水源進行分析，得到工作面安全生產的主要威脅為底板奧灰含水層。采用突水系數法計算得到9-101 工作面突水系數為0.054MPa/m，其突水系數小于0.06MPa/m，一般情況下不會發生奧灰水突水危險。但是工作面揭露多條斷層，建議龐龐塔礦9-101 工作面開采之前，應首先在綜采工作面進行坑透工作，探測采面內的構造異常體，查明各個斷層的導水性和具體位置，必要時采取底板注漿等措施加固底板、封堵導水通道等措施，探測、評價安全后，方可掘進或回采。