帶壓開采煤層底板突水危險性評價及防治措施研究

常旺盛

（山西煤炭運銷集團新工煤業有限公司，山西 呂梁 033200）

引言

最近幾年以來，我國淺層煤炭資源開采量逐漸減少，深部開采逐漸成為我國煤炭產業發展的核心趨勢，在煤炭深部開采環節，由于承壓水上開采作業面的逐漸增多，特別容易引發底板突水危險，為減小帶壓開采煤層底板突水帶來的危害，本文重點探討帶壓開采煤層底板突水危險性評價和具體防治措施，內容如下。

1 背景分析

通過對帶壓開采煤層底板突水危險性評價及防治要點進行研究，開展模擬試驗，有效分析固液耦合對煤礦回采作業帶來的影響，進而對煤礦底板原始狀態到裂隙生成、裂隙發育貫通，一直到導水通道全程觀測，更好揭示出煤礦底板突水產生的具體原因，并采取科學的防治措施，確保承壓水上部的回采更加安全[1]。

2 危險性評價和防治措施

2.1 帶壓開采煤層底板突水產生原因

2.1.1 含水層具有較強的富水性

一般來講，奧陶系石灰巖屬于含水較為豐富的高承壓含水層，其實際富水性，主要由底板突水的實際水量大小，以及突水點能夠否持續涌水作為核心條件。

2.1.2 隔水層

隔水層可以起到阻隔水的作用，阻水能力主要取決于隔水層實際厚度、隔水層巖體巖性等，若隔水層厚度大，則表明其隔水效果好。

2.1.3 含水層承壓水的水壓過高

在一定的隔水層厚度條件之下，如果水壓比較小，出現底板突水現象的概率比較低，只有具備一定的水頭壓力，才能夠引起突水事故[2]。

2.1.4 地質構造

在斷層與陷落柱地質構造當中，因為裂隙發育速度比較快，是一種較好的導水通道，會給底板突水帶來較大影響。例如，水源針對斷層和陷落柱巖石，容易出現浸泡崩解現象，讓巖石長時間處于飽和水的狀態，其強度比較低，故容易出現有利于導升突水通道。工作面回采之后，采空區周圍底板巖層應力會重新分布，使得承壓水快速滲入到原來處于閉合狀態的斷層面之內，導致承壓水快速上升。

受地質構造作用的影響，使得隔水層內部容易出現較多裂隙，對底板隔水層自身的隔水能力起到削弱作用。與此同時，斷層和陷落柱等不同地質構造之間互相作用、連通，使得底板的含水層范圍不斷擴大，會影響底板巖層的穩定性與完整性[3]。地質構造受工作面開采的影響，越來越活化，使得煤礦底板隔水層裂隙逐漸擴展，增加底板突水現象的發生概率。

2.1.5 煤層開采帶來的影響

工作面回采可能會引起底板上部覆巖層應力發生明顯變化，煤礦底板擾動破壞深度逐漸增加，裂隙會快速發育，增加突水風險發生率。

2.2 危險性評價

煤礦底板突水的合理預測，是確保帶壓安全開采的重要基礎，故有關人員需要采取突水系數計算公式，有效評價煤層存在的突水危險性，例如，在某煤層當中，有關人員結合突水系數計算公式，能夠合理評價出煤層存在突水危險性，具體如式（1）如所示：

式中：T 為突水系數；P 為隔水層所承受的實際水壓；M 為底板隔水層的實際厚度；Cp為煤礦開采對底板擾動深度；該公式的計算示意圖，如下頁圖1 所示。

圖1 公式計算示意圖

在計算此煤層突水系數的過程當中，具體計算結果，如下頁表1 所示。

表1 某煤層突水系數計算結果

2.3 防治措施

2.3.1 制定完善的防治計劃

相關人員在具體工作當中，結合礦井的中長期防治水要求，同時根據礦井內部中長期采掘接替計劃，總結以往工作經驗，編制年度防治水計劃，采取科學的防治水安全措施，經過審批達標后，進行全方面落實。

此外，相關人員還要全方面掌握該地區斷層地質構造的實際分布情況，以及其具體導水性能，包括隔水層的隔水性、含水層富水性與導水性等，結合大量的水文地質調查數據，對原有的帶壓開采煤層底板突水防治方案進行優化，進而取得較好效果。

2.3.2 建立井上下水位監測系統

在上述工作的基礎上，構建并完善井上下水位監測系統，結合具體需求，適當增加觀測孔數量，對原有的水位動態監測管控機制進行完善，并安排專業人員，按時收集、整理水位觀測數據，針對帶壓開采煤層底板突水的實際水位進行動態化監測，更好掌握水位與水量的實際變化情況。在實際采掘期間，有效落實“預測預報、先掘后探”原則，取得較好的帶壓開采煤層底板突水防治效果。

在掘進期間，相關人員需要特別注意以下幾個問題：

第一，針對已經探明的斷裂構造，需要先進行防治，然后掘進。

第二，在實際掘進期間，可以采取物探與鉆探有效結合的方式，先探后掘進，通過采取物探方法開展超前探測，如果發現低阻異常區域，需要立即開展鉆探驗證，經過驗證無任何疑問之后，才能夠開展后續掘進，如果鉆探驗證之后發現存在斷層等一系列導水構造，需要采取超前預注漿方式，采用先治后掘方法[4]。

第三，認真按照設計要求進行施工，嚴禁隨意破壞斷層煤柱與防隔水煤柱，不能擅自更改設計方位與坡度。

第四，在實際回采過程當中，針對回采作業面，需要采取直流電法物探，針對突水系數在0.06 到1 區段，顯示為物探低阻異常區，構造較為發育的地段，需要進行科學的鉆探驗證，加強預注漿改造，符合有關要求之后，才能夠進行回采工作。對于突水系數超過0.1 的區域，無論阻值高或者低，均需要對其實施底板預注漿加固改造處理。經過底板預注漿加固的區域，需要具備驗證孔，確保其驗證結果符合規定要求，同時，超前預注漿實際加固距離和回采切巷之間的距離不宜小于300 m。

第五，全部采掘作業面，在實際施工之前，均需要按照規定要求開展水害評價，并有效落實具體整改措施，然后開工生產。針對采掘期間發現的水害安全隱患，相關人員需要認真按照規定要求，合理劃分等級，采取閉環管理模式。

2.3.3 定期檢查礦井防排水系統

在日常工作當中，相關人員需要對各類排水設備和設施進行有效管理，確保排水設備與設施能夠穩定運行，按照規定要求，組織水泵進行聯合試運轉，不斷提升礦井的抗災能力。針對既有的采掘工作面排水系統，進行全面優化，確保排水線路能夠更加暢通。針對井底水倉淤泥進行有效清除，確保井底水倉具備足夠容積，對于井底各類排水設備，需要加強日常的檢修與管理，確保涌水可以快速排出。在排水性能允許的條件下，采取巷道排水系統，針對地板含水層實施疏水降壓，可以取得較好效果。

除此之外，在礦井水平設計工作中，合理控制下山巷道揭露的最低層位，以防誤揭灰巖含水層，或者破壞原有的隔水層。如果煤礦斷層比較多，水量較大，工作人員可采取三維地震與直流電法等先進物探技術，合理確定出防水煤柱的具體位置，取得較好防水效果。如果巷道內部的斷層比較多，可以適當減少巷道的交叉點數量，減小巷道的實際交叉點面積，通常來講，巷道交叉點與采煤作業面的上下出口，盡可能避開小斷層，若無法避開，需要對小斷層進行加固處理[5]。作業面在正常生產環節，需要逐漸加快作業面的推進速度，減小作業面回采對煤層底板帶來的破壞。

3 結語

綜上所述，對帶壓開采煤層底板突水危險性評價及防治措施進行有效分析，例如制定完善的防治計劃、建立井上下水位監測系統、定期檢查礦井防排水系統等等，能夠有效提升帶壓開采煤層底板突水防治效果，故可以為相關工作人員提供一定的幫助和參考。