帶壓開采煤層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及防治措施研究

常旺盛

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)新工煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033200）

引言

最近幾年以來，我國(guó)淺層煤炭資源開采量逐漸減少，深部開采逐漸成為我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心趨勢(shì)，在煤炭深部開采環(huán)節(jié)，由于承壓水上開采作業(yè)面的逐漸增多，特別容易引發(fā)底板突水危險(xiǎn)，為減小帶壓開采煤層底板突水帶來的危害，本文重點(diǎn)探討帶壓開采煤層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和具體防治措施，內(nèi)容如下。

1 背景分析

通過對(duì)帶壓開采煤層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及防治要點(diǎn)進(jìn)行研究，開展模擬試驗(yàn)，有效分析固液耦合對(duì)煤礦回采作業(yè)帶來的影響，進(jìn)而對(duì)煤礦底板原始狀態(tài)到裂隙生成、裂隙發(fā)育貫通，一直到導(dǎo)水通道全程觀測(cè)，更好揭示出煤礦底板突水產(chǎn)生的具體原因，并采取科學(xué)的防治措施，確保承壓水上部的回采更加安全[1]。

2 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和防治措施

2.1 帶壓開采煤層底板突水產(chǎn)生原因

2.1.1 含水層具有較強(qiáng)的富水性

一般來講，奧陶系石灰?guī)r屬于含水較為豐富的高承壓含水層，其實(shí)際富水性，主要由底板突水的實(shí)際水量大小，以及突水點(diǎn)能夠否持續(xù)涌水作為核心條件。

2.1.2 隔水層

隔水層可以起到阻隔水的作用，阻水能力主要取決于隔水層實(shí)際厚度、隔水層巖體巖性等，若隔水層厚度大，則表明其隔水效果好。

2.1.3 含水層承壓水的水壓過高

在一定的隔水層厚度條件之下，如果水壓比較小，出現(xiàn)底板突水現(xiàn)象的概率比較低，只有具備一定的水頭壓力，才能夠引起突水事故[2]。

2.1.4 地質(zhì)構(gòu)造

在斷層與陷落柱地質(zhì)構(gòu)造當(dāng)中，因?yàn)榱严栋l(fā)育速度比較快，是一種較好的導(dǎo)水通道，會(huì)給底板突水帶來較大影響。例如，水源針對(duì)斷層和陷落柱巖石，容易出現(xiàn)浸泡崩解現(xiàn)象，讓巖石長(zhǎng)時(shí)間處于飽和水的狀態(tài)，其強(qiáng)度比較低，故容易出現(xiàn)有利于導(dǎo)升突水通道。工作面回采之后，采空區(qū)周圍底板巖層應(yīng)力會(huì)重新分布，使得承壓水快速滲入到原來處于閉合狀態(tài)的斷層面之內(nèi)，導(dǎo)致承壓水快速上升。

受地質(zhì)構(gòu)造作用的影響，使得隔水層內(nèi)部容易出現(xiàn)較多裂隙，對(duì)底板隔水層自身的隔水能力起到削弱作用。與此同時(shí)，斷層和陷落柱等不同地質(zhì)構(gòu)造之間互相作用、連通，使得底板的含水層范圍不斷擴(kuò)大，會(huì)影響底板巖層的穩(wěn)定性與完整性[3]。地質(zhì)構(gòu)造受工作面開采的影響，越來越活化，使得煤礦底板隔水層裂隙逐漸擴(kuò)展，增加底板突水現(xiàn)象的發(fā)生概率。

2.1.5 煤層開采帶來的影響

工作面回采可能會(huì)引起底板上部覆巖層應(yīng)力發(fā)生明顯變化，煤礦底板擾動(dòng)破壞深度逐漸增加，裂隙會(huì)快速發(fā)育，增加突水風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率。

2.2 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

煤礦底板突水的合理預(yù)測(cè)，是確保帶壓安全開采的重要基礎(chǔ)，故有關(guān)人員需要采取突水系數(shù)計(jì)算公式，有效評(píng)價(jià)煤層存在的突水危險(xiǎn)性，例如，在某煤層當(dāng)中，有關(guān)人員結(jié)合突水系數(shù)計(jì)算公式，能夠合理評(píng)價(jià)出煤層存在突水危險(xiǎn)性，具體如式（1）如所示：

式中：T 為突水系數(shù)；P 為隔水層所承受的實(shí)際水壓；M 為底板隔水層的實(shí)際厚度；Cp為煤礦開采對(duì)底板擾動(dòng)深度；該公式的計(jì)算示意圖，如下頁(yè)圖1 所示。

圖1 公式計(jì)算示意圖

在計(jì)算此煤層突水系數(shù)的過程當(dāng)中，具體計(jì)算結(jié)果，如下頁(yè)表1 所示。

表1 某煤層突水系數(shù)計(jì)算結(jié)果

2.3 防治措施

2.3.1 制定完善的防治計(jì)劃

相關(guān)人員在具體工作當(dāng)中，結(jié)合礦井的中長(zhǎng)期防治水要求，同時(shí)根據(jù)礦井內(nèi)部中長(zhǎng)期采掘接替計(jì)劃，總結(jié)以往工作經(jīng)驗(yàn)，編制年度防治水計(jì)劃，采取科學(xué)的防治水安全措施，經(jīng)過審批達(dá)標(biāo)后，進(jìn)行全方面落實(shí)。

此外，相關(guān)人員還要全方面掌握該地區(qū)斷層地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際分布情況，以及其具體導(dǎo)水性能，包括隔水層的隔水性、含水層富水性與導(dǎo)水性等，結(jié)合大量的水文地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)原有的帶壓開采煤層底板突水防治方案進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而取得較好效果。

2.3.2 建立井上下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在上述工作的基礎(chǔ)上，構(gòu)建并完善井上下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合具體需求，適當(dāng)增加觀測(cè)孔數(shù)量，對(duì)原有的水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管控機(jī)制進(jìn)行完善，并安排專業(yè)人員，按時(shí)收集、整理水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，針對(duì)帶壓開采煤層底板突水的實(shí)際水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，更好掌握水位與水量的實(shí)際變化情況。在實(shí)際采掘期間，有效落實(shí)“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、先掘后探”原則，取得較好的帶壓開采煤層底板突水防治效果。

在掘進(jìn)期間，相關(guān)人員需要特別注意以下幾個(gè)問題：

第一，針對(duì)已經(jīng)探明的斷裂構(gòu)造，需要先進(jìn)行防治，然后掘進(jìn)。

第二，在實(shí)際掘進(jìn)期間，可以采取物探與鉆探有效結(jié)合的方式，先探后掘進(jìn)，通過采取物探方法開展超前探測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)低阻異常區(qū)域，需要立即開展鉆探驗(yàn)證，經(jīng)過驗(yàn)證無任何疑問之后，才能夠開展后續(xù)掘進(jìn)，如果鉆探驗(yàn)證之后發(fā)現(xiàn)存在斷層等一系列導(dǎo)水構(gòu)造，需要采取超前預(yù)注漿方式，采用先治后掘方法[4]。

第三，認(rèn)真按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，嚴(yán)禁隨意破壞斷層煤柱與防隔水煤柱，不能擅自更改設(shè)計(jì)方位與坡度。

第四，在實(shí)際回采過程當(dāng)中，針對(duì)回采作業(yè)面，需要采取直流電法物探，針對(duì)突水系數(shù)在0.06 到1 區(qū)段，顯示為物探低阻異常區(qū)，構(gòu)造較為發(fā)育的地段，需要進(jìn)行科學(xué)的鉆探驗(yàn)證，加強(qiáng)預(yù)注漿改造，符合有關(guān)要求之后，才能夠進(jìn)行回采工作。對(duì)于突水系數(shù)超過0.1 的區(qū)域，無論阻值高或者低，均需要對(duì)其實(shí)施底板預(yù)注漿加固改造處理。經(jīng)過底板預(yù)注漿加固的區(qū)域，需要具備驗(yàn)證孔，確保其驗(yàn)證結(jié)果符合規(guī)定要求，同時(shí)，超前預(yù)注漿實(shí)際加固距離和回采切巷之間的距離不宜小于300 m。

第五，全部采掘作業(yè)面，在實(shí)際施工之前，均需要按照規(guī)定要求開展水害評(píng)價(jià)，并有效落實(shí)具體整改措施，然后開工生產(chǎn)。針對(duì)采掘期間發(fā)現(xiàn)的水害安全隱患，相關(guān)人員需要認(rèn)真按照規(guī)定要求，合理劃分等級(jí)，采取閉環(huán)管理模式。

2.3.3 定期檢查礦井防排水系統(tǒng)

在日常工作當(dāng)中，相關(guān)人員需要對(duì)各類排水設(shè)備和設(shè)施進(jìn)行有效管理，確保排水設(shè)備與設(shè)施能夠穩(wěn)定運(yùn)行，按照規(guī)定要求，組織水泵進(jìn)行聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)，不斷提升礦井的抗災(zāi)能力。針對(duì)既有的采掘工作面排水系統(tǒng)，進(jìn)行全面優(yōu)化，確保排水線路能夠更加暢通。針對(duì)井底水倉(cāng)淤泥進(jìn)行有效清除，確保井底水倉(cāng)具備足夠容積，對(duì)于井底各類排水設(shè)備，需要加強(qiáng)日常的檢修與管理，確保涌水可以快速排出。在排水性能允許的條件下，采取巷道排水系統(tǒng)，針對(duì)地板含水層實(shí)施疏水降壓，可以取得較好效果。

除此之外，在礦井水平設(shè)計(jì)工作中，合理控制下山巷道揭露的最低層位，以防誤揭灰?guī)r含水層，或者破壞原有的隔水層。如果煤礦斷層比較多，水量較大，工作人員可采取三維地震與直流電法等先進(jìn)物探技術(shù)，合理確定出防水煤柱的具體位置，取得較好防水效果。如果巷道內(nèi)部的斷層比較多，可以適當(dāng)減少巷道的交叉點(diǎn)數(shù)量，減小巷道的實(shí)際交叉點(diǎn)面積，通常來講，巷道交叉點(diǎn)與采煤作業(yè)面的上下出口，盡可能避開小斷層，若無法避開，需要對(duì)小斷層進(jìn)行加固處理[5]。作業(yè)面在正常生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要逐漸加快作業(yè)面的推進(jìn)速度，減小作業(yè)面回采對(duì)煤層底板帶來的破壞。

3 結(jié)語

綜上所述，對(duì)帶壓開采煤層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及防治措施進(jìn)行有效分析，例如制定完善的防治計(jì)劃、建立井上下水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、定期檢查礦井防排水系統(tǒng)等等，能夠有效提升帶壓開采煤層底板突水防治效果，故可以為相關(guān)工作人員提供一定的幫助和參考。