帶壓開采工作面采寬確定方法及防突水措施研究

王曉亞

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦，山西 孝義 032300）

從以往煤礦開采經(jīng)驗(yàn)來看，部分帶壓開采礦井在實(shí)際開展時(shí)僅依據(jù)以往的煤礦開采經(jīng)驗(yàn)和煤礦開采任務(wù)需求，先主觀對(duì)煤礦開采工作面采寬進(jìn)行確定，然后在對(duì)防治水問題進(jìn)行分析，這也就埋下了采寬過大而發(fā)生的地板突水事故的安全隱患。下面，依據(jù)某煤礦12-215作業(yè)面水文地質(zhì)情況，依據(jù)工程以往相關(guān)研究結(jié)果，制定出一套符合實(shí)際情況的配套防突水措施，分析了186 m采寬防治水安全可行，為后續(xù)煤礦開采作業(yè)提供強(qiáng)有力支持。

1 12-205工作面情況

12-205工作面開采13號(hào)煤，工作面采寬為186 m，幅巷長(zhǎng)度為1 963 m，正巷長(zhǎng)度為1 887 m，煤層厚度在3.02~3.85 m之間，傾角在3°~16°，可采儲(chǔ)量約為1.62×106 t。針對(duì)該工作面情況進(jìn)行勘察，工作面水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，這對(duì)12-205工作面的情況造成了直接影響，工作面主要含水層以地板奧灰含水層為主，其富水性能強(qiáng)。針對(duì)該區(qū)域情況進(jìn)行勘察可以確定，區(qū)域內(nèi)奧灰水靜水標(biāo)高為+455.5 m，底板標(biāo)高在+426.4～+450.3 m，其為帶壓開采工作面，而且存在地板薄弱帶和異水構(gòu)造，煤礦開采期間，可能會(huì)發(fā)生突出事故，一旦發(fā)生突水現(xiàn)象，可能會(huì)引起安全事故，這不僅會(huì)導(dǎo)致煤礦開采工作無(wú)法順利進(jìn)行，甚至?xí)斐扇藛T傷亡，危害巨大，可見，加強(qiáng)相關(guān)內(nèi)容探討是必要的。

2 研究12-205工作面的各項(xiàng)問題

1）采煤工作面已經(jīng)形成，但是并沒有與13號(hào)煤層寬度相同的開采經(jīng)驗(yàn)，過去本煤層開采最大寬度為142 m，考慮到煤礦開采工作面與隔水巖層破壞深度聯(lián)系緊密，因此，為了確保煤礦開采時(shí)，防治水工作安全性與合理性，一般采取控制采寬大小，從而達(dá)到降低地板破壞程度的最終目的，為了確保后續(xù)煤礦開采作業(yè)順利進(jìn)行，要加強(qiáng)對(duì)186 m采寬防治水可行性內(nèi)容的探究[1]。

2）工作面正巷附近不同區(qū)段底板隔水層厚度差值大，工作人員需要針對(duì)突水危險(xiǎn)性進(jìn)行探查，而且要做好相應(yīng)評(píng)價(jià)工作。

3）承壓水在導(dǎo)水構(gòu)造賦存狀況下，地板可能會(huì)發(fā)生突水問題，因此，工作人員需要對(duì)構(gòu)造賦存情況進(jìn)行確認(rèn)，而且要對(duì)水害進(jìn)行治理，保證煤礦開采作業(yè)順利進(jìn)行[2]。

3 帶壓開采工作面的分析與確定

近幾年，隨著人們對(duì)煤礦開采技術(shù)研究的不斷深入，帶壓開采技術(shù)不斷成熟，其也得到了廣泛應(yīng)用，為了確保開采作的順利性，要對(duì)底板破壞具體深度，以及承壓水原始導(dǎo)高進(jìn)行深入研究，從而獲取到了大量相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)。大量分析結(jié)果表明，底板遭受到的實(shí)際破壞情況與工作面的實(shí)際采寬情況有著緊密聯(lián)系，在一定范圍內(nèi)，存在經(jīng)驗(yàn)公式：

全面結(jié)合突水系數(shù)與底板破壞情況、原始導(dǎo)高等各項(xiàng)因素，得到公式：

式中：Ld為底板破壞設(shè)計(jì)深度，m；L為工作面的實(shí)際采寬，m；Ts表示的為臨界突水系數(shù)，最終取值0.1 MPa/m（相關(guān)工作人員對(duì)該區(qū)域的實(shí)際構(gòu)造情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，由于區(qū)段構(gòu)造結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，同時(shí)，在充分結(jié)合煤礦井研究報(bào)告中的相關(guān)內(nèi)容）；P為奧灰頂界面處承壓值大小，MPa；d為承壓水原始導(dǎo)高，m；M為隔水層厚度，m。

該煤礦13號(hào)煤層帶壓開采設(shè)計(jì)分析時(shí)，首采面采寬在確定上也采取該方法進(jìn)行。

3.1 確定底板破壞深度和原始導(dǎo)管相關(guān)數(shù)據(jù)

在煤礦開采過程中，考慮到煤礦的實(shí)際情況，并未對(duì)13號(hào)煤層底板擾動(dòng)破壞情況進(jìn)行全面測(cè)試，但是，采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行模擬，模擬數(shù)值為16.5 m，從安全角度對(duì)問題進(jìn)行分析，取底板破壞深度Ld=0.126×186≈23.4 m，這為底板注漿加固作業(yè)提供了依據(jù)[3]。此外，工作人員還分析了煤礦過去物探成果、測(cè)試試驗(yàn)等各項(xiàng)資料，通過分析并未發(fā)現(xiàn)發(fā)生原始導(dǎo)升問題，承壓水原始導(dǎo)高d的取值為0。

3.2 查看帶壓開采工作面隔水層厚度

為了完成對(duì)12-205工作面隔水層厚度進(jìn)行查看，在對(duì)工作面條件進(jìn)行情況分析基礎(chǔ)上，在正巷布置了3個(gè)底板取芯孔，幅巷處則布置了2個(gè)底板取芯孔，在進(jìn)行布置時(shí)，正巷和幅巷處都分別布置了一個(gè)相對(duì)最低點(diǎn)，而且在鉆孔作業(yè)開展期間，要利用軌跡儀進(jìn)行斜測(cè)，開展相應(yīng)測(cè)斜施工作業(yè)。

通過對(duì)以往各個(gè)階段勘探成果進(jìn)行分析可以確當(dāng)，礦奧灰頂界面存在大量古風(fēng)化殼，通?；矣写罅奎S鐵礦填充到其中，而且層位灰存在顯著分區(qū)，而在開采作業(yè)進(jìn)行時(shí)，若鉆孔進(jìn)入到古風(fēng)化殼中，鉆孔處水量將會(huì)顯著增多，該特點(diǎn)是區(qū)分巖層層位的一項(xiàng)關(guān)鍵依據(jù)。

4 突水危害及防突水措施

4.1 突水危害

礦井突水危害指的是礦井在開采期間，山洪、降雨、地下水沿著巖石裂隙、斷層、巖溶洞穴涌入到礦井中，水量遠(yuǎn)超過礦井在開采時(shí)的排水能力，這將會(huì)導(dǎo)致井巷被淹沒，會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致煤礦開采工作無(wú)法順利進(jìn)行，威脅煤礦開采人員生命安全[4]。從煤礦開采的整體情況來看，突水危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）淹沒礦山設(shè)備和井巷，這將會(huì)造成嚴(yán)重財(cái)產(chǎn)損失，甚至?xí)斐扇藛T傷亡，危害巨大。

2）影響礦產(chǎn)開采效率，降低礦產(chǎn)產(chǎn)量。

3）限制煤礦資源開采，而且會(huì)降低煤礦可采儲(chǔ)量，而且會(huì)縮短礦井的開開采年限。

4）破壞礦區(qū)內(nèi)水源，破壞周圍水環(huán)境，經(jīng)常會(huì)引起地下水大幅度下降，地面水干涸等各種危害，此外，還可能會(huì)引起地面發(fā)生下沉、塌陷等各種不同類型危害[5]?？偠灾?，突水現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)對(duì)煤礦開采作業(yè)的順利開展造成嚴(yán)重不良影響，因此，要采取合理措施防突水。

4.2 防突水措施

防突水可以從以下幾個(gè)方面入手：

1）在低洼區(qū)段要依據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)加設(shè)增加底板探眼數(shù)量，通過對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，可以二次超前排放殘留給水，降低積水量，從而降低突水危害發(fā)生幾率，以及減小危害發(fā)生后的破壞性。

2）通過注漿方式改造帶壓工作面是一項(xiàng)合理措施。該項(xiàng)技術(shù)利用地面注漿站，通過集中方式進(jìn)行造漿、注漿，井下施工注漿孔向介于煤層和奧灰強(qiáng)含水層之間的薄層灰?guī)r注漿，該方法是一種合理預(yù)防突水的綜合防治技術(shù)，注漿作業(yè)開展采用下行式注漿法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)陷落柱與斷層地面底板至奧灰頂界面區(qū)間的加固，終壓要控制在3 MPa以上，通過研究能夠獲取到底板破壞具深度，針對(duì)褶曲軸部，各翼部52 m范圍底板下26 m處加固改造，最終壓力要控制在3 MPa。注漿改造作用及特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，使含水層富水性發(fā)生了改變，受注漿壓力影響，注入的漿液將會(huì)沿著裂隙擴(kuò)散，不斷沉析、結(jié)石，從而使奧灰?guī)r溶裂隙基本都由粘土水泥填充而成，這大幅度減弱了富水性，甚至能夠達(dá)到不含水狀況。第二，能夠有效切斷奧灰補(bǔ)給通道，在進(jìn)行注漿時(shí)，通過對(duì)注漿壓力進(jìn)行應(yīng)用，漿液會(huì)不斷向下擴(kuò)散、沉析、縮小或堵塞該區(qū)域內(nèi)通道斷面，從而大幅度減少奧灰補(bǔ)給通道，甚至能夠達(dá)到完全切斷通道的目的。第三，實(shí)現(xiàn)了對(duì)底板隔水層的加固，而且能夠使其強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高，滿足生產(chǎn)作業(yè)需求。第四，通過注漿改造能夠有效消除導(dǎo)高，加大隔水層整體厚度，采取注漿改造方式，從而使?jié){液能夠有效填充導(dǎo)含水層至隔水層導(dǎo)水裂隙中，達(dá)到消除導(dǎo)高目的，同時(shí)，也可以使原導(dǎo)水、含水裂隙轉(zhuǎn)變?yōu)楦羲畬?，加大隔水層厚度，?shí)現(xiàn)對(duì)突水的合理預(yù)防。

1）通過加快作業(yè)面推進(jìn)速度、減小采空區(qū)空頂距等措施，降低底板破壞深度。

2）正副巷動(dòng)排水能力要控制在300 m3/h，合理應(yīng)對(duì)災(zāi)害水量，減小突水危害。

5 結(jié)語(yǔ)

帶壓開采工作面隔水層厚度約為35.58 m，奧灰頂界面的最大水壓為0.862MPa，突水系數(shù)在0.058MPa/m。具體作業(yè)開展期間，要嚴(yán)格依據(jù)帶壓開采工作面實(shí)際情況，貫徹相應(yīng)防治水配套設(shè)施，開采過程中基本不會(huì)發(fā)生突水事故，在186 m采寬下能夠保證開采作業(yè)順利進(jìn)行。