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采煤工作面带压开采综合防治措施 冯利宁 河北金能 邯矿集团陶二煤矿, 河北 邯郸 056105 摘 要 陶二煤矿开采的二叠系山西组2煤层, 在四下深部采区受底板奥灰水的影响很大, 通过多年 的开采实践, 对底板水的防治积累了丰富的经验, 提出了承压水体上开采安全技术措施, 对矿井安全 生产和深部开采提供了保证。 关键词 承压水体; 安全开采; 综合防治 中图分类号TD823. 83 文献标识码 B 文章编号 1007- 1083 2006 02- 0005- 02 The complex prevention measures of pressed mining in coal mining work face FENG Li- ning 1 矿井概况 陶二煤矿位于太行山隆起带的东冀, 处于复杂 的升降带中, 构造极为复杂, 褶曲和断层发育。目前 主要开采二叠系山西组的 2煤层, 自 1993 年以来, 四下深部采区先后在 12418、 12421、 12422、 12423、 12424、 12425、 12426等工作面发生底板突水, 突水标 高均在- 380 线以下, 各工作面突水后最大涌水量分 别为 180、 120、 150、 90、 170、 120、 180m3/ h, 对矿井安 全生产造成较大威胁。 2 四下深部地区底板含水层及隔水层情况 2. 1 四下深部地区的底板含水层 1 大煤底板以下 10 15m 段, 为山西组底部 砂岩裂隙含水层, 主要是中砂岩和细砂岩, 富水性 弱, 揭露出水量小, 钻孔揭露一般在 50m3/ h 以下, 但水压可达 15MPa, 与下伏承压水存在补给关系 时, 水量稍大; 一般回采期间揭露水量 15m3/ h 左右, 对生产影响不大。 2 位于大煤底板以下 35 45m, 野青灰岩层位 上下, 为裂隙含水层, 富水性弱, 钻孔揭露涌水量小 于10m3/ h, 开采揭露水量不大, 一般与上部裂隙水合 计约 20m3/ h 左右, 对生产有一定影响。 3 大煤底板以下 65 75m 段, 为伏青灰岩及 其下巨厚火成岩裂隙承压含水层 体 , 以伏青灰岩 为主要储存层位, 且承压水赋存不局限于伏青灰岩 层本身, 即其上部隔水层内存在原始导升潜伏现象, 并且与下伏巨厚火成岩裂隙水有较强的水力联系, 钻孔揭露涌水量约 30m3/ h 左右, 单位涌水量在 01 08 l/ s. m 之间, 平均 05l/ s. m 左右; 回采中最大 突水量为 180m3/ h, 给正常生产造成很大威胁。 2. 2 隔水层基本情况 1 大煤至伏青灰岩之间; 距大煤 66 68m 基 本上为隔水层, 岩性主要为粉砂岩、 细砂岩、 中砂岩、 煤层、 泥岩及泥灰岩等组成, 一般情况下裂隙不发 育, 隔水性能较好。因该区岩石已经发生区域热变 质, 岩石多呈刚性, 柔性成分基本不存在, 局部地段 构造裂隙发育, 岩层破碎, 尤其在太原组地层中塌孔 情况非常严重, 与含水层存在联系时形成充水构造 或充水体, 在一定程度上造成隔水层厚度和隔水性 能降低, 形成薄弱带, 也是开采煤层时易发生突水的 原因。 2 伏青至伏下火成岩之间距伏青灰岩 6 15m 之间, 主要岩性为粉砂岩、 细砂岩, 正常情况下隔水 较好, 但破碎和裂隙发育地段是补给伏青灰岩的主 要通道。 3 伏灰下巨厚火成岩厚度在 300m 以上, 整体 上为隔水层, 但其冷凝裂隙和构造裂隙在边缘和内 部发育, 并延伸到大青和奥灰层位, 局部勾通了大青 和奥灰水, 这是伏青灰岩和大煤底板隔水层内充水 的原因。 3 开采后煤层底板岩层的破坏规律 52006 年第 2 期 河 北 煤 炭 3. 1 开采过程中工作面底板应力与变形 在开采过程中, 由于受采动影响, 从工作面煤壁 到采空区一定距离和一定深度范围内的底板中出现 水平拉应力; 在压缩区和膨胀区分界处的底板中出 现剪应力。拉应力和剪应力使底板形成底板破坏 带。在采空区下方的膨胀区内, 断裂呈松弛或张开 状态, 成为底板突水的诱发因素。 3. 2 煤层底板的 下三带 安全预测 目前, 由于四下所采地区标高在- 400m 以下, 2煤承压水位高于开采水平, 在开采过程中利用隔 水层的阻水能力, 防止底板突水。根据 下三带 理 论, 即破坏带 h1、 阻水带 h2、 地下水导升带 h3确定 带压开采 1 底板采动导水破坏带 h1 h1 0. 0085H 0. 1665 0. 1079L- 4. 3579 式中H 为开采深度, 600m; 为煤层倾角, 8 ; L 为工作面斜长, 120m。计算得 h1 150m。 2 底板阻水带 h2 h2 P/ z 式中 P 为作用在底板上的水压力, 取 40MPa; z 为阻水系数, 取 04MPa/ m。则 h2 10m。 h1 h2 25m 66m 2煤底板与伏青灰岩层间 距 通过计算的安全煤岩柱小于煤层底板至含水层 顶板之间的厚度 Hd , 承压含水层上采煤的安全符 合要求。 4 带压开采综合防治措施 4. 1 防探安全技术措施 1 做好防探水工作。认真查清开采区域内的 含水层与隔水层的赋存特征及地质构造的导水性 能。超前探测底板隔水层厚度、 含水层的含水性能 及地下水的导升高度。在 12426 工作面上下巷近 3000m 巷道进行了物探工作, 共测27 个测深点, 基本 查清了伏青灰岩的富水区域及富水状态, 对各测点 伏青灰岩及其导升潜伏情况有了基本的了解。 2 注浆加固底板。工作面投产前, 在工作面 上下巷对富水强的地段和底板破碎带实施注浆封 堵, 封闭奥陶系石灰水的补给渠道, 降低底板裂隙的 渗透能力。 3 疏水降压。对富水强的地点采用疏水钻空 排水降压, 提前将承压水部分释放, 尽可能减少开采 范围内的富水量, 降低对回采的影响。 4 安装强排放水系统。在四采下车场最低处 施工了两个水仓泵房, 每工作面投产前, 都提前在下 巷下帮挖掘临时水窝, 配备 4 个 110kw 大功率潜水 泵, 铺设两趟 6口寸排水管路, 双回路电源, 保证设备 完好, 回采过程中一旦突水能立即启动。 4. 2 回采时出水防治措施 在查清采区水文地质和构造地质的前提下, 优 化采区设计, 本着先易后难、 先浅后深、 先简单后复 杂的原则开采。若工作面一旦突水带来安全隐患, 我们可根据实际情况采取措施。 1 优化采面设计。留设隔离煤柱, 合理布置 巷道, 尽可能的避开或少穿构造, 适当缩短工作面长 度, 提高推进速度, 减弱采动后底板的裂隙扩张, 降 低工作面突水机率。 2 工作面输送机上山运输。工作面坡度较小 时, 工作面输送机可设计上山运输, 运煤系统畅通, 在回采突水时, 做好下巷治水的同时, 能维持正常生 产。 3 工作面适当伪斜布置。俯采工作面在采面 设计时, 工作面适当沿走向伪斜布置, 使工作面出水 时, 水煤从老塘流到下巷, 减少水煤冲刷。 4 工作面下巷沿空留巷。若工作面仰采时, 工作面出水后, 在下巷沿空留巷做为水窝, 使老塘水 流到下巷后, 由排水系统排走, 但必须局部通风且水 泵紧跟工作面前移。 5 采空区侧铺设排水管路。工作面突水时, 若工作面为俯斜开采, 涌水紧跟煤壁冲刷严重, 在工 作面出水点处挖 1 个临时水窝, 自出水点以下挖 1 条水沟埋1 趟 6口寸管路, 水窝和水沟用板皮、 板梁虚 棚, 使部分水顺水沟流入下巷的排水系统。 6 工作面配备卸水巷。可利用相邻下工作面 的上巷或距下巷 10m 处配备 1 条巷道做为卸水巷, 该巷道掘进 30 40m 与下巷贯通, 保证下巷正常通 风、 行人运输。 作者简介 冯利宁 1970- ,男, 河北宁晋人, 河北金能邯矿 集团陶二煤矿采煤二区副区长。 收稿日期 2006- 01- 02; 编辑 刘阐词 6 河 北 煤 炭 2006 年第 2 期