保德煤礦底板隔水性分析和防治水措施

陳義偉

(1.河南理工大學(xué)， 河南 焦作 454000； 2.國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)保德煤礦，山西 保德 036600)

1 前言

保德煤礦井田南北走向長(zhǎng)14.0km，東西傾向?qū)?.7km，面積55.9km2，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層傾角3°～9°，平均5°。區(qū)內(nèi)可采煤層4層，分別為8#、10#、11#、13#煤層，目前正在開采的為最上部的8#、11#煤層。采掘區(qū)域主要有二、三、五盤區(qū)，充水來源主要為上覆砂巖裂隙含水層水、底板奧灰水、采空區(qū)積水。8#煤層底板標(biāo)高為+690～+740m，奧灰水含水層水位標(biāo)高+837～+863m。

底板奧灰水的補(bǔ)給來源以奧陶系灰?guī)r大面積裸露及半裸露區(qū)接受大氣降水為主，同時(shí)還接受上覆松散孔隙含水層、石炭二疊系裂隙含水層及地表水的入滲補(bǔ)給[1-4]。

面臨底板突水危險(xiǎn)的礦井，在正常掘進(jìn)和回采過程中，要充分利用煤層底板到奧灰水含水層之間的隔水層的隔水性能，保德煤礦在開采8#、11#煤層時(shí)同樣面臨奧灰水威脅，因此應(yīng)針對(duì)地板隔水層的隔水性進(jìn)行分析，為制定防治水方案提供依據(jù)。

2 底板隔水性分析

2.1 隔水層分析

1)8#煤隔水層分析

8#煤層直接底多為砂質(zhì)泥巖和泥巖，基本底為粗、中、細(xì)粒砂巖。根據(jù)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)得出：8#煤層底板巖層平均抗壓強(qiáng)度16.6MPa，屬較軟弱底板，穩(wěn)定性較差。

根據(jù)Sk30鉆孔數(shù)據(jù)顯示，8#煤層底板厚度為118.64m，其中泥巖、泥灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖的總厚度為47.81m，泥巖占整個(gè)隔水層厚度的40.29%；根據(jù)Sk33鉆孔數(shù)據(jù)顯示，8#煤層底板厚度為110.90m，其中泥巖、炭質(zhì)泥巖厚度11.63m，泥巖占整個(gè)隔水層厚度的10.49%，具體情況見表1。根據(jù)以上鉆孔資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中泥巖這種隔水性較好的巖層占整個(gè)隔水層厚度的比值變化相對(duì)較大，軟硬相間，在隔水層結(jié)構(gòu)未受到破壞時(shí)，具有良好的阻水性能。

2)11#煤隔水層分析

根據(jù)Sk30鉆孔數(shù)據(jù)顯示，11#煤層底板厚度為96.03m，其中泥巖、泥灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖總厚度32.14m，占整個(gè)隔水層厚度的33.46%；根據(jù)Sk33鉆孔數(shù)據(jù)顯示，11#煤層底板厚度為86.2m，其中泥巖、炭質(zhì)泥巖總厚度7.69m，占整個(gè)隔水層厚度的8.92%，具體情況見表1。根據(jù)鉆孔資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中泥巖這種隔水性的巖層占整個(gè)隔水層厚度的比值變化范圍為8.92%～33.46%，變化范圍相對(duì)較大，煤層底板局部在隔水性能上存在較大差異。

表1 鉆孔巖層統(tǒng)計(jì)表

2.2 底板破壞深度

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，考慮采深、傾角和工作面斜長(zhǎng)計(jì)算底板采動(dòng)破壞深度h為[1-2]

h=0.008 5H+0.166 5α+0.107 9L-4.357 9

式中：H——開采深度；

α——煤層傾角；

L——工作面長(zhǎng)度。

其中，保德煤礦工作面長(zhǎng)度一般約為250m，8#煤埋深取700m，煤層傾角取5°。計(jì)算后得到h=29.4m；11號(hào)煤結(jié)合以往鉆孔資料，取深度740m，L為工作面長(zhǎng)度，取平均值250m，計(jì)算后得到h=29.73m。

保德煤礦為研究煤層底板破壞深度，在81300- 1輔回撤通道內(nèi)設(shè)計(jì)鉆孔兩組，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)底板破壞深度為28.14～31.11m，最大為31.11m。

因此，根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)公式及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，煤層底板破壞深度采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的最大值，即31.11m。

根據(jù)以上鉆孔資料及底板破壞深度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，8#煤層、11#煤層底板隔水層隔水性能存在差異，但總體上來講軟硬相間，具有一定厚度的隔水層結(jié)構(gòu)未完全受到破壞，仍具有較好的阻水性能。

3 工作面防治水措施

主采煤層8#煤和11#煤充水水源和充水方式各不相同。在礦井投產(chǎn)之前，尚無大規(guī)模實(shí)際開采資料，一些與防治水相關(guān)的地質(zhì)因素(隔水層厚度、構(gòu)造發(fā)育程度及類型、原始地應(yīng)力)和采場(chǎng)動(dòng)態(tài)參數(shù)(礦壓特征、地板破壞深度)有待探測(cè)試驗(yàn)。本井田8#煤層作為主采煤層之一，與眾多礦井開采山西組下部煤層一樣，與奧灰水(或太原群薄層灰?guī)r)并無直接間接力水力聯(lián)系。對(duì)于本井田，淺部廢棄煤窯積水和隱伏露頭第四系水入滲均不構(gòu)成充水因素，只是8#煤層頂板巨厚砂巖層組所含的裂隙水，在回采時(shí)以頂板淋水形式潰入采場(chǎng)。由于水源補(bǔ)給有限，因此隨采掘過程自然疏干。對(duì)于底板奧灰水，8#煤層開采時(shí)應(yīng)防止垂向?qū)萋渲拇嬖冢攸c(diǎn)探測(cè)垂向?qū)畼?gòu)造[3-4]。

保德煤礦開采11#煤層時(shí)面臨底板奧灰水威脅是礦井防治水的重點(diǎn)問題。現(xiàn)階段可以提出的防治水總體思路：“帶壓開采，探采結(jié)合，綜合防治，以防為主”。

根據(jù)保德煤礦礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及工作面帶壓開采條件和受水害威脅程度分析，為確保8#、11#煤工作面安全回采，今后重點(diǎn)采取以下3個(gè)防治水措施：

(1)充分利用8#、11#煤層底板的阻水性能，進(jìn)行“帶壓開采”。

(2)對(duì)周圍的小煤礦重點(diǎn)關(guān)注，防止老窯水潰入。

(3)設(shè)立水閘門實(shí)現(xiàn)隔離開采，預(yù)掘臨時(shí)水倉，增加一定的泄水空間，并備足一定的臨排能力，建立安全措施，設(shè)定避災(zāi)路線。

4 總結(jié)

(1)根據(jù)底板破壞深度經(jīng)驗(yàn)公式及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，確定8#煤層底板破壞深度采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的最大值，即31.11m；11#煤層底板破壞深度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算為29.73m。

(2)根據(jù)以上鉆孔資料及底板破壞深度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，8#煤、11#煤底板隔水層軟硬相間，具有一定厚度的隔水層結(jié)構(gòu)未受構(gòu)造破壞，具有較好的阻水性能，提出“帶壓開采，探采結(jié)合，綜合防治，以防為主”的開采路線。