灰巖底板工作面采前防治水安全性分析

劉岳剛

（大同煤礦集團有限責任公司 晉華宮煤礦，山西 大同 037016）

導致水害發生的因素非常多，主觀上主要是未進行全面調研，不重視安全工作，采取的防水措施不適宜或者工程施工質量不達標等。要做好水害防治工作，應當在開采作業之前進行安全性評價工作，并采取必要的水害防治手段，確保水害的全面防治，保證煤礦的安全開采。

1 1035工作面介紹

同煤集團晉華宮礦，設計年生產能力1.8 Mt/a，礦井服務年限為55.8 a，建設工期為3 a，于2008年投產運行。晉華宮礦煤系地層屬于二疊系下石盒子組及山西組，可采煤層包含有 7#、8下#、8上#、10#煤層。現階段主采煤層是山西組10#煤層，煤層厚度為2.2～6.4 m，煤層傾角為8°，煤層頂板為砂泥巖，底板為灰巖。頂板裂隙發育不完善，含水性不強；底板小褶曲和斷層較多，裂隙較發育，在受到回采采動破壞情況下，易使地下水涌入回采工作面，對工作面產生水害威脅。

井田南北長為4.4 km，東西長度最小為0.4 km，最大為5.3 km，井田總面積為21 km2。此次對1035工作面進行評價，該工作面的機巷長為1822 m，風巷長為1809 m。巷道頂板標高-604 m～-285 m，煤層的平均厚度約為3.6 m，煤炭資源儲量440225 t，可采煤量達417213 t。

2 1035工作面太灰突水安全性評價

煤層的底板太灰水有突水危險。由于采動影響使底板結構遭受破壞，導致底板突水的原因較多，會受到礦山壓力和水壓力的影響，還會受到地質結構、隔水層結構和工作面空間等多種因素的影響。底板發生突水是這些因素共同影響的結果。

在1035工作面中，太灰水具有承壓性。應當對底板的太灰突水安全性加以評價，以確保未來工作面的安全開采。

2.1 突水安全性評價依據

（1）根據晉華宮礦地質報告資料中的鉆探數據、抽水試驗數據和水壓數據等。

（2）依照晉華宮礦1035工作面瞬變電磁法探測報告中的相關數據。

（3）根據晉華宮礦1035工作面無線電波透視報告中的相關數據。

2.2 底板注漿改造工程

工作面防治水工作開展時，針對頂板位置處裂隙含水層結構，通過探查方法加以監測與分析。若是進入斷層區域，或者底板結構為灰巖含水層結構，應當事先完成勘探工作，才能注漿施工。在進行突水預防的過程中，不僅要對底板實施注漿改造，同時采取疏水降壓措施，明顯減小太灰突水系數，確保煤礦開采的安全性。此次改造工程中，把含水層區段全部注漿處理，將含水層轉變為隔水層。

1035工作面的防治水工程，一共涉及到22個鉆場，其中機巷10個鉆場，風巷12個鉆場，共施工150個鉆孔，總工程量12694 m，總注漿量3781.9 m3。具體的鉆孔類型、數量、鉆進工程量以及注漿數量如表1所示。

表1 不同鉆孔類型、數量、鉆進工程量

在1035工作面機巷及風巷的掘進過程中，依照工作面具體的地質條件，對工作面煤層底板以下70 m以內的區域進行了注漿，把含水層轉變為隔水層。在底板位置進行注漿的127個鉆孔，所采用的注漿材料全部為水泥單液漿，總的注漿量達到了3285 m3。其中對一些未出水的鉆孔采取試注清水的方法，等到壓力值達到注漿終壓情況下，對未出水的鉆孔進行封孔處理，封孔材料依舊為水泥液漿。在開展鉆孔作業時，要求測量的精準性。還要對所有鉆孔進行二次注漿處理，并邀請地質部門相關檢查人員到作業現場進行全程的監督與監察。在施工過程中，要對出水數量及深度加以測量、記錄，并將所有記錄信息按時呈交防治水部門。

2.3 1035工作面太灰突水安全性評價

采用突水系數法，對1035工作面太灰水突水安全性進行評價。公式如下：

式中：Ts為突水系數，MPa/m；P為底板隔水層所承受的水壓，MPa；M為底板隔水層厚度值，m。

（1）底板安全突水系數

《煤礦防治水規定》中列舉了我國一些煤礦中安全突水系數，當底板遭遇構造破壞的情況下，突水系數通常小于0.06 MPa/m；而處于正常情況下，突水系數小于0.1 MPa/m。為了更加安全可靠，本礦安全突水系數值取0.06MPa/m。

（2）隔水層厚度

在1035工作面的附近，共鉆取了五個鉆孔，均揭露了含水層。通過分析得出，煤層底面到達一灰頂部距離分別為：36.7 m(K1-03孔)、45.5 m(K1-13孔)、38.7 m(26-8孔)、46.2 m(26-12孔)以及58.5 m(26-22孔)，其中距離最小值是36.7 m。

（3）安全性評價過程

依照不同鉆孔所測的一灰數據加以梳理與分析，獲得不同鉆孔區域煤層的標高值、太灰層承受的壓力值及隔水層的厚度值，然后根據所得數據計算突水系數，結果如表2所示。

表2 突水系數計算結果

由上述表中的數據可知，1035工作面的底板一灰的突水系數在0.052～0.104 MPa/m之間；在較深部位，突水系數值也較大，實際開采作業時會有突水潛在危險。但對底板，進行注漿處理后，底板的突水系數顯著降低，說明經過注漿改造后，底板發生突水的危害被有效消除。

3 1035工作面回采期間的防治水措施

3.1 嚴控工程施工質量，避免出現冒落問題

在開展回采工作之前，應當利用瞬變電磁等勘察技術針對開采區的頂板之中富水區域加以全面的測試。經測試，若工作面的地質環境較差，便應事先進行加固支護；而富水性非常強的一些工作面，要通過疏放水措施加以處理。若是回采遇到松散頂板，要加強工作面支護，防止出現冒頂；如出現冒頂，則應當事先準備一些木料，避免冒高太大。在片幫嚴重處和頂板破碎處，要超前拉架，防止冒頂、漏矸。當超前拉架后，端面距仍未達要求時，則在支架前梁上挑長度適宜的板梁支護。拉架到位后，將支架升緊接頂嚴密，護幫板及時打出，機組停機必須將支架拉到最小控頂距。并且，在巷道初次來壓及周期來壓之前，要進行探測工作，結合探測結果，強化頂板維護。

3.2 進行全面觀測，充分了解水、土、巖的變化情況

通過物探、鉆探、化探手段，探明工作面異常區導水性以及威脅性，堅持“有采必探，先治后采”原則，確保回采安全。進行回采作業時，若是接近斷層，頂板出現淋水，問題嚴重，且巷道圍巖也出現了異常，應即刻將相關情況上報。在地質測試人員經過詳細的測量及分析后，若必要，則應用鉆孔進一步檢測；對出水較多的，應進一步化驗水質，準確的找到相應水源。在發現異常出水問題情況下，應當按照“有采必探、先探后采”這一基本原則開展工作。

還應對工作面出水狀況加以觀測，若采空區出水，應分析第四系含水層松散孔隙水水質，以精準判斷出水來源，掌握出水的規律性。另外，還應當對第四系含水層松散孔隙水開展動態監測工作，確保充分了解鄰近不同含水層具體狀況。

3.3 嚴控初采階段采高值

依據1035工作面的地質情況，應用科學的回采技術，制定合理的回采放頂，確保較高的回采率。在初采階段，不宜采用一次采全高，否則容易導致巷道頂板發生破碎，局部垮落，易導致水害事故的出現。開采作業時，需保證開采作業的速率，確保能夠連續進行開采施工，同時保證掘進速率的均勻性。開采高度值應當小于4 m，并確保排水正常進行。

3.4 強化員工水患意識

對工作面一線作業人員，定期組織召開教育與培訓工作，提高員工的水患意識。在人員下井作業之前，應向作業人員講解頂板的破壞情況，以及頂板的移動規律，以便作業人員了解礦壓情況，確保作業人員遇到問題時，能及時采取措施，防范水患的發生。

4 結語

本文以晉華宮礦1035工作面為例，評價了工作面防治水的安全性。通過相關工作的開展，確保了晉華宮礦水害防治工作的順利進行，也使防治技術及防治水平的有效提高。