煤層頂板水害防治技術(shù)研究

謝成興

[摘要]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的提高，現(xiàn)我國(guó)煤炭開(kāi)采的技術(shù)及工藝也得到了很大程度的提高。但是在煤礦開(kāi)采的過(guò)程當(dāng)中，經(jīng)常出現(xiàn)煤層頂板因充水而使得煤礦開(kāi)采因出現(xiàn)水害而停止施工的情況。文章以我公司開(kāi)采的某煤礦為實(shí)例分析了煤層頂析充水的機(jī)理及水害形成的原因，并針對(duì)水害所產(chǎn)生的原因提出了相應(yīng)的治理措施。

[關(guān)鍵詞]煤層水害；充水機(jī)理；防治技術(shù)

[中圖分類(lèi)號(hào)]F407.21 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0303-01

0 引言

隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，現(xiàn)我國(guó)工農(nóng)行業(yè)對(duì)于煤炭的需要求越來(lái)越大，但是現(xiàn)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，現(xiàn)人們?cè)絹?lái)越重視有限資源的使用及開(kāi)采，能源緊張的情況越來(lái)越明顯。山西是我國(guó)煤炭生產(chǎn)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的重要組成部分，對(duì)于山西煤礦的開(kāi)采，國(guó)家尤為重視。因此對(duì)于影響煤炭開(kāi)采的原因——煤層頂析水害的出現(xiàn)，我們必須將對(duì)其的重視度提高，以讓煤炭的開(kāi)采順利進(jìn)行，促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 礦井與煤層工程簡(jiǎn)介

本段煤層標(biāo)為15號(hào)，其主井為斜進(jìn)，坡度22°，長(zhǎng)度達(dá)569m；其副井也為斜進(jìn)，坡度23°40'，長(zhǎng)度達(dá)502m。風(fēng)井為立井，直徑5.50m，深度為285m。15號(hào)煤層的上方為3號(hào)煤層，且與3號(hào)煤層底部的距離處91，18m到133，84m之間，平均距離為104.85m；與上層K2灰?guī)r底的距離在3m以?xún)?nèi)，與下層O2灰?guī)r頂?shù)木嚯x處14.50mgc 32.0m之間，平均距離為22.23m，煤層厚度在2.56m到6.00m之間平均厚度為4.22m，煤層穩(wěn)定性較高，厚度變異系數(shù)22.24%。煤層的直接頂板為K2石灰?guī)r或是泥巖，而老頂主要是K2石灰?guī)r，底析主要是泥巖或是含黃鐵礦的泥巖，部分是粉砂質(zhì)的泥巖。煤層含4層以?xún)?nèi)的夾矸，多為泥巖或炭質(zhì)泥巖，厚度處0.05m到0.93m間。厚夾矸大部分都在煤層的下療，其含矸率平均為11.96%。15號(hào)煤層和3號(hào)煤層的中間地段大多數(shù)是含K2、K3、K4、K5、K6的含水層。

2 煤層頂板充水的工作機(jī)理

一般來(lái)說(shuō)，在巷道挖掘或是采礦工作進(jìn)行之后都會(huì)使得臨空面得以形成。然而臨空面其本身的應(yīng)力就不穩(wěn)定，在應(yīng)力平衡關(guān)系被破壞以后，其會(huì)使得圍巖發(fā)生變形或是位移，而這必然會(huì)使得礦空間得以形成或是產(chǎn)生新的導(dǎo)水通道，或是使得某種地質(zhì)構(gòu)造得以激活而加大了水害產(chǎn)生的可能性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，15號(hào)煤層頂板出現(xiàn)充水的工作機(jī)理主要是頂板巖層因開(kāi)形而遭到破壞。

在進(jìn)行回采之后，圍巖都會(huì)產(chǎn)生變形或是發(fā)生位移，其實(shí)質(zhì)是圍巖在采礦位置的邊界處釋放了其應(yīng)有的應(yīng)用力，而對(duì)圍巖的應(yīng)力進(jìn)行了重新分布，并改變了原有的力學(xué)平衡。若此時(shí)開(kāi)采面方面覆巖的應(yīng)力發(fā)生變化，那么下層圍巖的應(yīng)力分布情況及釋放情況都會(huì)有所改變，然而這種改變會(huì)使得煤層的頂板巖層過(guò)早出現(xiàn)垮落，這樣一來(lái)頂板巖層就會(huì)自然產(chǎn)生一個(gè)拉應(yīng)力。在這種情況下，若外部的作用力大于巖層的承受力，那么頂板的覆巖就會(huì)產(chǎn)生離層、垮落、變形或是張裂等情況而使得新的導(dǎo)水通道得以形成導(dǎo)致水源進(jìn)入煤層，使得煤層頂板出現(xiàn)充水情況。

3 煤層頂板復(fù)合水害形成的原因

煤層頂板復(fù)合水害形成的原因主要有以下幾方面：第一是臨空面的出現(xiàn)使得巖層出現(xiàn)變形與位移。礦井在巷道挖掘或是工作面進(jìn)行回采之后自然就會(huì)形成臨空面，而因上層煤層自身的重力及構(gòu)造應(yīng)力的作用，煤層的頂板就會(huì)受力百使得巖層發(fā)生變形或是位移。當(dāng)此變形或是位移發(fā)展到一定程度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致圍巖遭到破壞出現(xiàn)垮落或是離層等現(xiàn)象，從而使得導(dǎo)水的通道形成致使水源進(jìn)入導(dǎo)致水害形成。第二是開(kāi)采方法及開(kāi)采厚度所帶來(lái)的影響。開(kāi)采不斷進(jìn)行，開(kāi)采的厚度就會(huì)加大，其空間也會(huì)增加，使得圍巖變形的幅度加大，而這很有可能會(huì)導(dǎo)通與之相鄰的充水含水層，從而使得水流直接注入頂板而形成水害。第三是頂板巖層本身的破裂或損傷。若煤層頂板在進(jìn)行回采之后直接垮落了，那么整個(gè)頂板的抗壓能力幾乎為舍棄，對(duì)于上部巖層的重力其很難抵抗，而這就會(huì)使得煤壁的壓力不斷加大，從而導(dǎo)致煤層頂板出現(xiàn)水害的可能性增加。

4 治理煤層頂板復(fù)合水害措施

針對(duì)于煤層頂板充水的機(jī)理及復(fù)合水害的形成原因，我們可從以下方面來(lái)進(jìn)行水害的治理：

第一，有針對(duì)性地編制防治水的預(yù)案及所要采取的措施。對(duì)于煤層頂析水害的防治工作，不僅需要規(guī)劃的整體性，而且還需要工作機(jī)制的有效性，不然就算能解決表面的水害問(wèn)題也不能徹底根治水害所產(chǎn)生的根本性問(wèn)題。在這方面我們可建立相關(guān)的觀測(cè)系統(tǒng)或是安裝自動(dòng)化的觀測(cè)系統(tǒng)，以便及時(shí)了解煤層頂板的具體情況，做好水害的預(yù)防工作。

第二，煤礦開(kāi)采的工藝及方法要不斷完善。對(duì)于頂板管理要選擇一些適當(dāng)?shù)姆椒ㄒ允箮r層的移動(dòng)能夠減緩，從而使得導(dǎo)水裂隙帶的高度得以降低。在挖掘工作面的下平巷時(shí)要根據(jù)其坡度來(lái)進(jìn)行，使其在后其能夠讓水流自然通過(guò)以排放出去。若開(kāi)采面為淋水面則要利用偽斜的方法來(lái)進(jìn)行，同時(shí)還要注意老空側(cè)的底板要低于煤壁側(cè)，以避免支架被水流沖倒。另外還可通過(guò)增設(shè)防淋設(shè)施的方法來(lái)將開(kāi)采面環(huán)境進(jìn)行改善。若開(kāi)采時(shí)出現(xiàn)水帶，那么就要加快其開(kāi)采速度，以使頂板上的水流人采空區(qū)內(nèi)，避免煤層頂板出現(xiàn)復(fù)合水災(zāi)害。

第三，選擇正確的探放水施工策略。根據(jù)本段煤層與3號(hào)煤層的關(guān)系，我們采取了進(jìn)下排水的探放水施工策略，將所需要的鉆孔都布置在了3號(hào)煤層的6采區(qū)北軌道巷的最北部橫貫的交叉口處，預(yù)計(jì)將水放人慈林山的采空區(qū)內(nèi)。在其他的煤層區(qū)可要根據(jù)其具體情況來(lái)選擇正確的探放水施工策略。

第四，做好探放水施工前的準(zhǔn)備工作。在開(kāi)采工作進(jìn)行之前，首先要對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)充水的水源制定好探放水的相關(guān)策略，同時(shí)在出現(xiàn)充水情況時(shí)要切實(shí)做好探放水的工作，以使煤炭的開(kāi)采能順利進(jìn)行；另外在探放水鉆孔前，要對(duì)鉆孔的出水量進(jìn)行完善、落實(shí)以及做必要的預(yù)計(jì)，并根據(jù)所編制的方案準(zhǔn)備好相應(yīng)在的水泵電機(jī)、排水管路、臨時(shí)水倉(cāng)以及供電線路，以保證整個(gè)排水系統(tǒng)運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性。

第五，上層領(lǐng)導(dǎo)要提高對(duì)水害防治工作的重視度。不管是在思想上還是行動(dòng)上，上層領(lǐng)導(dǎo)都必須認(rèn)識(shí)到防治水害工作的重要性及必要性，切實(shí)落實(shí)有關(guān)水害防治措施并積極配合，以保證礦井的安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

煤層頂板出現(xiàn)復(fù)合水害會(huì)對(duì)煤礦的開(kāi)采工作產(chǎn)生直接影響，不僅延誤了工期而且也會(huì)影響到煤炭的開(kāi)采量，因此對(duì)于煤層頂板的復(fù)合水害一定要進(jìn)行治理。在治理方面不僅需要一套完善的治療方案，而且還要提高相關(guān)的煤炭開(kāi)采工藝與方法，與此同時(shí)還需要上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視，只有上下一心才能真正將頂板復(fù)合水害徹底治理，恢復(fù)煤礦開(kāi)采工作，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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