淺談奧灰承壓帶壓煤炭開采技術

梁新星

(潞安化工集團 王莊煤礦，山西 長治 046031)

1 9106工作面概況

9106工作面所采3號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，煤層厚度穩定，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°。根據地面三維地震勘探顯示，工作面整體為上山掘進，工作面掘進時頂底板預計會有起伏變化，煤層傾角在1～4°，工作面煤層厚度穩定，運巷開口往里566 m處可能遇斷層F20H=4.0 m∠70°，運巷開口往里1 400 m處可能遇斷層F22H=3 m∠45°，運巷往里預計掘進至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)，探明構造帶產狀且確定不導水后方可繼續掘進。水源主要是3號煤層上部的頂板砂巖含水層，K8、K10號砂巖含水層中的水，正常水量為5～6 m3/d，隊組在掘進過程中，必須隨時觀察巷道淋水情況并保證排水管路及設施到位，如發現工作面有透水預兆，應停止掘進，報有關單位采取措施后方可掘進。

圖1 9106工作面平面布置示意

1) 奧陶系中統巖溶裂隙含水層是煤系地層下伏的主要含水層，水位標高為629～635 m，煤層開采標高410～506 m，因此對開采會產生影響。但是3號煤層距奧灰頂界面距離平均為130 m，隔水層厚度較大，奧灰水突水系數在0.01～0.03 MPa/m之間，在沒有構造帶溝通的情況下，不會構成底板突水危險。

2) 石炭系上統太原組石灰巖巖溶裂隙含水層，裂隙不發育，為含水性弱的含水層，對開采影響較小。

3) 9106工作面掘進過程中，由于錨索施工可能導通3號煤層頂板含水層，預計9106工作面掘進正常涌水量為3～5 m3/d左右，最大涌水量為10 m3/d左右，工作面頂底板情況見表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價

2.1 奧灰水安全條件評價

9106運巷工作面處于奧灰水承壓區域，工作面附近水文鉆孔有WZ4，奧灰水水位標高+635.2 m。突水系數作為評價底板突水可能性的一種方法，在煤礦生產實踐中得到廣泛應用。

(1)

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

從表2得出，3號煤層與奧灰含水間隔水層厚度135.533 m，突水系數0.021 MPa/m，小于臨界突水系數0.06 MPa/m，工作面位于奧灰承壓水面以下，但突水系數小于0.06 MPa/m，可能發生底板突水危險地區，但在無導水斷層、導水陷落柱溝通的情況下不會發生突水事故。帶壓開采防治水工作重點，加強地質構造帶導水性的探測，防止地質構造帶導水造成水災事故發生。石炭系上統太原組石灰巖巖溶裂隙含水層，裂隙不發育，為含水性弱的含水層，對開采影響較小。

表2 9106工作面奧灰水突水系數

2.2 其他水患安全評價

2.2.1 地表水

工作面所在區域對應地表無水體，僅掘進至切眼位置時東部相鄰漳澤水庫(屬不可波及水體)，已預留足夠的保護煤柱，嚴禁在保護煤柱內進行采掘活動，因此地表水對工作面掘進無影響。

2.2.2 采空區積水

9106掘進工作面周邊均為實體煤，無采空區，因此工作面掘進不受采空區積水影響。

2.2.3 構造帶導水安全評價

根據地面三維地震勘探顯示，工作面整體為上山掘進，局部有起伏，煤層傾角在1～4°之間，工作面煤層厚度穩定，運巷開口往里566 m處可能遇斷層F20H=4.0 m∠70°，運巷開口往里1 400 m處可能遇斷層F22H=3 m∠45°，運巷往里預計掘進至2 010 m處可能遇三維地震勘探顯示斷層F23H=3.0 m ∠50°，探明構造帶產狀且確定不導水后方可繼續掘進，巷道在掘進過程中均未揭露斷層，排除了構造導水帶的影響，運巷探測三維地震勘探斷層，如圖2所示。

圖2 9106運巷探測三維地震勘探斷層設計

2.2.4 頂板含水層水安全評價

該工作面整體呈上山掘進，施工期間預計導通3號煤層上部頂板砂巖含水層裂隙水，工作面開口掘進至136～750 m范圍遇3號煤頂板強、中、弱富水區，掘進至2 500～2 700 m范圍遇3號煤頂板中富水區，掘進至3 000 m切眼位置遇3號煤頂板弱富水區，結合相鄰巷道的揭露情況，預計正常水量為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 防治水安全技術措施

1) 掘進過程中嚴格執行預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采的原則，采取物探、鉆探方法進行超前探測，驗證無異常后，方可繼續掘進施工。開展物探探測工作，每70 m進行一次物探。對低阻異常區，要加大鉆探驗證，以查明含水區情況以及隱伏斷層、陷落柱等構造帶的水文地質特征。

2) 開展超前鉆探探測工作，每60 m處在迎頭布置4個鉆孔探水。鉆孔深度60 m，允許掘進30 m，超前距30 m(超前探測鉆孔示意如圖4所示)。鉆孔直徑不大于94 mm，“探水—掘進—探水”循環進行。在可疑區域(前方有采空區，陷落柱，斷層裂隙帶等地質構造帶情況)時，短掘短探，如確實需要，可先建防水閘墻，并在閘墻外向內進行探水。

圖4 9106工作面施工超前探測鉆孔示意

3) 掘進過程中發現頂底板涌水異常，及時匯報；如水質清澈、無異味、水量較小、無壓力、煤巖層產狀無異常，則堅持“有掘必探”防治水原則，加強排水及涌水觀測工作[2]。如發現有掛紅、掛汗、空氣變冷、出現霧氣、水叫、頂板淋水加大、頂板來壓、底板鼓起或產生裂隙出現滲水、水色發渾、有臭味等突水預兆時，必須停止作業，采取措施，立即報告礦調度室，發出警報，撤出所有受水患威脅地點的人員[3]。

4) 根據《山西潞安環保能源開發股份有限公司王莊煤礦3號煤層帶壓開采安全性評價及安全技術措施報告》中評價，奧灰靜水位標高+629.076～+636.89 m之間，井田帶壓區內，奧灰突水系數為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。在無斷裂構造導水的情況下，一般不會發生奧灰巖溶水突水問題。

5) 相關單位要根據地測科水情水患預報中的要求，采取針對性防治水措施。

4 結 語

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

2) 9106工作面掘進過程中，部分巷道錨索孔出水、頂板淋水較大，為3號煤層頂板砂巖裂隙含水層富水性不均造成。回采后導水裂隙帶將完全導通K8、K10砂巖裂隙含水層，造成工作面采空區涌水量增大，隊組應注意補充防排水措施，加強排水系統巡查，有異常情況及時通知相關單位。

綜上所述，9106工作面水文地質條件較簡單，受水害威脅較小，工作面防治水工作已準備到位，具備回采條件，在回采期間保證排水系統正常運轉。