10-1002工作面頂板離層水防治技術實踐

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦，山西 方山 033100）

1 工程概況

山西霍州煤電呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦10-1002工作面位于一采區準備巷道左翼，工作面東部為南區集中皮帶巷；南部為實體煤，緊鄰一采區邊界；西部實體煤，北部為一采區三條大巷。10#煤層平均厚度為2.85m，煤層頂板巖層主要為泥巖和細粒砂巖，底板巖層為泥巖，見圖1。工作面采用綜合機械化開采，采高2.85m，全部垮落法管理頂板。根據10-1002工作面的地質資料可知，工作面頂板賦存太原組L1石灰巖，節理裂隙發育，并有溶蝕現象，具有一定富水性和導水性，補給水量3m3/h。工作面采掘期間主要受頂板上部砂巖裂隙水、孔隙水影響。由于工作面上方細粒砂巖、石灰巖巖層與其上下軟弱巖層性質差異較大，在工作面回采動壓影響下，細粒砂巖、石灰巖易與其余巖層之間產生離層，由于石灰巖為工作面覆巖中的主要含水層，現為保障工作面的安全回采，進行頂底離層情況的判定，并針對判定結果進行防治水設計。

圖1 煤層頂底板巖層柱狀圖

2 離層水形成機理

根據10-1002工作面的具體地質條件，工作面上覆L1灰巖具有一定的富水性和導水性，向結合工作面的具體特征，分析頂板離層水形成的條件。

1）可積水離層發育位置：根據相關離層注漿方面的研究可知[1-2]，離層注漿只能適用于“封閉的離層空間”，若離層空間與導水裂隙帶貫通，漿液便會深入工作面回采區域，則判定為不具備離層注漿的條件。同理，針對工作面上覆巖層中的可積水離層而言，若要形成離層水，必須保障離層空間是封閉的，即可積水的離層位置應滿足式（1）：

式中：H為可積水離層水的發育高度；H導為工作面導水裂隙帶的發育高度。

具體形成可積水離層的發育位置見圖2。

由于工作面頂板巖層相對較為軟弱，現以軟弱巖層計算導水裂隙帶發育高度，根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中關于覆巖為軟弱時，其計算見式（2）：

工作面開采高度為2.85m，計算得出導水裂隙帶發育高度為16.6～24.6m，取其平均確定導水裂隙帶的發育高度為20.55m，而根據工作面區域的地質鉆孔資料可知積水離層帶均發育在頂板上方25～33.52m的的L1灰巖中，故L1灰巖區域所處位置滿足可積水離層的位置條件。

2）離層補給水源：離層積水的形成需接受來自周邊的含水層的補給充水，這是離層水形成的基本條件之一[3-4]，由于L1石灰巖，節理裂隙發育，并有溶蝕現象，具有一定富水性和導水性，補給水量3m3/h，故其滿足補給水源的條件。

3）離層空間持續時間：根據眾多理論研究與工程實踐結果表明[2-3]，隨著工作面回采作業的進行，頂板在工作面推進方向上的離層值會不斷變大，頂板巖層的離層發育高度會逐漸向高處發育。對于一個層位的離層而言，其動態過程主要包括起始、發展和閉合，將離層由起始至閉合消失的時間段稱為離層持續時間，離層持續時間主要受到頂板覆巖力學性質、巖層結構及工作面開采情況等因素的影響。

綜合上述分析可知，10-1002工作面上覆L1灰巖與其下方的巖層之間存在著離層水。

3 防治技術及效果

3.1 防治原理及技術

覆巖離層突水事故具有突水征兆不明顯和涌水量大的特點，故為保障工作面回采期間的安全，需采取有效措施治理工作面頂板覆巖的離層積水。

針對離層積水的防治主要是通過預防的方式，即通過破壞覆巖離層水發生的基本條件，阻止頂板離層積水的發生。由于工作面頂板離層發育位置是由頂板覆巖結構、采煤方法等因素決定，基本很難改變，但是可通過人為破壞的方式，將離層區域與下方工作面區域處于導通狀態，確保離層水能夠有效的排出；另一方面可針對離層水的補給水源進行超前疏放，即破壞離層水的補給水源，達到治理離層水目的[5-6]。目前常用的離層水治理技術主要包括打設離層水導流孔及打設含水層超前截流孔，其具體實施方式如下：

（1）離層水導流孔：在頂板離層水對采場產生影響之前，通過向離層發育區域打設鉆孔，終孔于離層積水區，并在導流孔內下入厚壁的導流管，以避免回采動壓對鉆孔產生影響。

（2）含水層截流孔：通過向含水層內打設截流鉆孔，進行補給含水層內水的截流作業，充分減小離層區域水的補給量，在打設超前截流疏放孔時，鉆孔終孔于離層發育區外側、離層補給含水層中（向工作面外側打設）。

3.2 防治方案

根據10-1002工作面的具體情況，本次治理離層水主要采用破壞離層區域的封閉性、超前疏放離層補給水源方式，具體方案如下：

在工作面回風順槽內，每間隔50 m施工一組離層水導流孔和一組含水層截流疏放孔，根據工作面物探結果知，工作面開切眼附近150 m區域富水性較強，故在此位置，將截流孔和導流孔均重疊布置，具體布置方式見圖3，工作面開切眼150 m后的區域，則每間隔50 m布置導水孔和截流孔各一個，工作面開切眼250m范圍內鉆孔具體參數見表1。

表1 10-1002工作離層水導流和截流鉆孔布置參數

圖3 導流和截流鉆孔布置平面

3.3 效果分析

10-1002工作面導流孔和截流孔施工完成后，進行了疏水壓力及水量的動態觀測，結果見表2。

當工作面與導流孔的距離小于15 m后，導流孔疏放的水流量逐漸減小，直至最終鉆孔無淋水現象，導流孔疏水期間共計實現疏水5704m3，表明導流孔將工作面區域覆巖內的離層水有效釋放出來。當工作面與截流鉆孔距離小于5 m后，截流鉆孔內的水流量也逐漸減小，最終僅表現為緩慢的滴水狀態，截流孔疏水期間共計實現疏水2849m3，表明工作面截流孔有效的切斷了離層補給水源。在10-1002工作面回采過程中，現場觀察工作面頂板無涌水現象出現。

表2 疏水壓力、水量觀測數據匯總

基于上述分析可知，工作面采用導流孔和截流孔的疏水方式，有效解決了頂板離層水害問題，為工作面安全生產提供了保障。

4 結語

基于10-1002工作面頂底板特征，結合離層水形成機理，確定出頂板L1灰巖與下方巖層間存在著離層水，結合工作面具體情況，采用打設離層水導流孔和含水層截流孔的方式治理離層水，治理措施采用后，覆巖離層水被有效疏放。