1、平煤股份朝川矿一井 21070 工作面底板承压水防治技术研究摘要：朝川一井水文地质条件极其复杂，主采己组煤底板分布有石炭系薄层灰岩和寒武系灰岩，裂隙岩溶发育，富含岩溶承压水，采煤过程中时常发生突水事故。笔者对该井 21070 工作面底板承压水防治技术进行了研究，为避免此类事故发生提供了一种解决方法。 下载 关键词：朝川一井 水文地质 承压水防治 0 引言 朝川一井 21070 工作面位于主付斜井东翼，其上部为 21050 工作面，二水平东翼泄水巷上部，第五勘探线以西。工作面走向长度 890m，倾斜宽度155220m，煤层厚度 0.26.1m，平均厚度 3.48m，为悬移支架炮采工作面。布置有机
2、巷、中间巷和风巷（两进一回）三条巷道。机巷最低标高-264m。2008 年 4 月开始回采，风巷现已回采至底板标高-149m 处，机巷已回采至底板标高-238m 处。 1 论证目的及任务 朝川一井太原组二灰(L2)分布较稳定，普遍发育，厚度 6-8m，上距煤底板 8.37m，是煤层底板直接充水层。寒武系灰岩是区域最富水的强含水层，上距煤层底板 60m，裂隙岩溶发育，富水性强，补给较充沛，是煤层底板间接充水层。井田内断层发育，断层垂向导水使太原组簿层灰岩岩溶水与寒武系岩溶水有密切水力联系。己 16-17 煤底板隔水层厚度平均只有 8.37m，底板因采动破坏或存在自然导水通道，难以承受岩溶水的水压
3、，生产过程中曾多次发生以煤层底板岩溶水为水源的突水。 己 16-17-开采面临防治水问题主要是煤层底板岩溶水突水问题，2008年 4 月回采前，已经对工作面底板含水层进行了注浆加固。目前 21070 工作面机巷测压孔水位标高为-249.6m，21070 机巷最低点标高为-264m，工作面煤层底板承受的最大水压为 0.14Mpa。工作面继续向前推进，必然涉及局部带压开采问题。 为了保障工作面安全生产，项目对 21070 工作面防治水可行性论证工作，双方商定的主要工作任务是：在全面分析己 16-17-21070 工作面当前水文地质条件的基础上，评价己 16-17-21070 工作面水害威胁程度，就
4、工作面能否继续向前推进给出明确的结论。 2 21070 工作面水文地质条件 根据风巷和二水平东翼泄水巷探水揭露资料分析，该工作面中部有三条落差 015m 左右的正断层，另外切眼东部有一条落差 28m 左右正断层。水文地质条件比较复杂，主要充水因素是底板灰岩岩溶水。2008 年 3 月 23 日采用直流电法和瞬变电磁两种物探手段对 21070 机巷进行超前物探，工作面后部各有一个相对低阻异常区。 3 21070 工作面底板含水层注浆加固概况 工作面回采前，工作面承受的水压最大为 0.39MPa。考虑到煤层底板隔水层平均厚度仅 8.5m，为预防回采过程中可能发生的底板岩溶承压水突水，采前对底板石炭
5、系灰岩进行了底板注浆加固。水泥 258.5 吨，水玻璃 9.8吨。施工中发现，注浆层位 L2 灰岩岩溶普遍不发育，注浆孔出水量很小，注浆量不大。四号钻场 4-4 补孔注浆量 215 吨，占总注浆量的 83%，该位置岩溶发育，富水性强，与小断层有关。注浆后采用井下瞬变电磁物探方法对注浆加固效果进行了检验，检查确认工作面煤层底板基本没有富水异常区。己 16-17-21070 工作面采煤已经通过工作面东部的注浆加固区，没有发生底板岩溶水突水事故。 4 21070 工作面继续推进的底板突水危险评价 -250 东翼泄水巷有 320m 直接落地在煤层底板的 L2 灰岩中，施工中没有揭露溶洞，巷道出水量仅为
6、 130m3/h。为了彻底疏放东翼岩溶水，2006 年至今，在泄水巷中部和迎头布置了三十多个泄水孔进行泄水和探水。2010年 8 月 25 日一井的总涌水量在 1400m3/h，其中-250 西翼 711m3/h，-250东翼 482m3/h，一水平西翼 97m3/h，-250 电车修理间涌水量 100m3/h 左右。在-250 水平泄水巷布置有三个测压孔，21070 机巷环形水仓口水压为0.14MPa，水位标高-249.6m；二水平东翼泄水巷 2#硐室水压 0.16MPa，水位标高-230m；二水平东翼泄水巷迎头 3#硐室水压 0.15MPa，水位标高-232.5m；二水平 1#测压孔水压
7、0.12MPa，水位标高-240.8m。 2010 年 4 月对 21070 机巷最低点和过断层处进行钻探探水，在 21070 机巷环形水仓布置的 1-1 孔和 1-2 孔，孔深分别为 31.6m 和 32.0m，终孔层位为 L5 灰岩，出水量仅 0.5m3/h，断层附近布置两个钻孔 2-1 和 2-2 孔，在孔深 9-11.0m 和 14-17m 之间揭露断层破碎带，涌水量小于 1.0m3/h，基本没有水压。这些现象说明，机巷最低点以及机巷过断层处煤层底板含水层富水性很差，断层为不导水断层。 朝川矿一井主要开采己 16-17 煤层，煤层底板太灰和寒灰岩溶承压水是主要突水水源。建井及生产过程中
8、，多次发生以煤层底板岩溶水为水源的突水。 突水水源：根据历年来朝川一井突水情况分析，煤层底板岩溶水是矿井充水主要来源，直接水源为石炭系灰岩岩溶水，间接充水水源为寒武系灰岩岩溶水。石炭系灰岩与寒武系灰岩两层岩溶含水层水力联系密切，历次大型底板突水一般都有寒武系灰岩岩溶水的参与。煤层顶板砂岩裂隙水充水意义不大，以淋水或滴水形式进入矿井。 突水通道：岩溶裂隙、底板采动破坏裂隙以及小断层是煤层底板岩溶承压水突水的主要通道。 突水机理：煤层采动过程中，对底板造成扰动破坏，破坏底板隔水层完整性，在破坏带内形成导水通道使得煤层底板承压含水层水涌入井巷。朝川二水平采煤工作面斜长一般为 80-160m，煤层倾角
9、 1518。在目前-250m 标高及开采深度下，根据经验公式计算的底板破坏深度一般在 15m 左右。在水压矿压等综合作用下，岩溶承压水通过采动破坏裂隙或天然导水通道进入矿井，是底板突水主要原因。 根据煤矿防治水规定中，工作面煤层底板承压水突水危险性用突水系数来评价，计算公式为： 式中：T突水系数（Mpa/m）。 P隔水层承受的水压（Mpa）。 M隔水层厚度（m）。 一般说来，突水系数值越大，越易发生突水。根据煤矿防治水规定，一般情况下，在具有构造破坏的地段按 0.06MPa/m 计算，隔水层完整无断裂构造破坏地段按 0.1MPa/m 计算。 目前，21070 工作面水位标高-249.6m，工作
10、面机巷最低标高-264m，工作面煤层底板承受的水压最大为 0.14MPa。采前对工作面底板石炭系薄层灰岩经过了注浆加固，浆液扩散半径 20m，隔水层厚度在原来基础上增加了20m 左右，工作面隔水层厚度达到 30m。隔水层厚度按 20m 计算，21070 工作面底板岩溶承压水突水系数为 0.015 MPa/m，远小于煤矿防治水规定的临界突水系数值。 考虑到 21070 工作面承受水压最大仅 0.14MPa，底板进行过注浆加固措施，加固后注浆效果经过钻探和瞬变电磁勘探检查，注浆钻孔普遍不出水或水量很小，工作面推进已经通过工作面里段的注浆加固区域，没有发生突水，工作面涌水量小于 8m3/h。因此，在
11、目前水压条件下，21070 工作面继续向前推进发生底板突水的可能性很小。 5 五点建议 5.1 对相邻工作面采空积水进行彻底探放。 21070 工作面上部是 21050 工作面的采空区，积水范围及数量基本明确。工作面向前推进过程中，必须坚持“有疑必探，先治后采”的原则，对老空积水进行探放。在 21070 工作面风巷南帮对 21050 工作面采空积水区进行探放，并制定好相关防治水措施。 5.2 建立工作面临时排水系统，提高工作面排水能力。 21070 工作面 22 个注浆孔，总注浆量为 258.5 吨水泥，其中四号钻场4-4 补孔注浆量 215 吨，占总注浆量的 83%。说明，工作面底板灰岩含水
12、层富水性是非常不均匀的，在总体富水性差和岩溶不发育的背景下，存在相对富集岩溶水的区域。因此，带压开采时仍不能完全不排除发生突水的可能。因此，有必要建设工作面临时排水系统，保证工作面有不小于 300m3/h的排水能力。即使偶然发生底板突水，也能保证工作面安全生产。 5.3 制定采煤工作面带压开采安全技术措施。 21070 工作面继续带压推进时，必须按照煤矿防治水规定及公司的有关防治水规定，制定工作面带压开采安全技术措施，并报上级部门审批。5.4 加强水害的监控和监测，制定突发水害时的避险和抢险预案，保持排水通道的畅通，明确人员避灾路线。 5.5 其它防治水措施按照公司批准的防治水规定执行。 6
13、论证结论 21070 工作面属于底板含水层注浆加固工作面并进行过钻探和物探检查，工作面底板含水层富水性差，机巷机巷最低点和过断层探水钻孔出水量也很小。工作面目前水压最大仅 0.14MPa，底板突水系数最大 0.015 MPa/m，远小于煤矿防治水规定推荐的临界突水系数（构造破坏地段为0.06MPa/m，正常地段 0.1MPa/m），工作面继续向前推进发生底板突水的可能性很小。朝川矿为保证 21070 工作面的安全开采，制定了防治水安全措施，并实施了综合防治水工程，如在下巷布置了水位观测孔；在下巷设置了排水能力达到 400m3/h 的工作面排水系统；施工了 21070 排水联巷等。21070 工作面布置有上、中、下三条巷道，其中下巷可以作为该采面的排水巷。为此，工作面在现有水压条件下可以继续推进。
