带压开采煤层底板突水的预防.pdf

煤炭工程师年第期 。 带压开采煤层底板突水的预防 井隆一犷齐广新 摘要井径一矿对带压开采承压煤水体上煤层 , 采取分层开采 , 底板加固 , 短 壁开采 , 块 段式开采 , 合理留设 防水煤柱 , 合理 控制两相邻工作面开采前后错距 , 快速 匀速推进等多种方法 , 有效地控制了底板突水 关键词带压开采突水预防 ︸ ’切场 ‘ ‘‘勺 侧毖转侧军崔 井经一矿是华北岩溶型大水矿井之一 , 开采煤层 属石炭二迭系 。 矿井地质条件属 类 , 水文地质 条件属极 复杂型 。 主要开采 太 原组五号煤 , 煤厚 , 煤层直接顶 为黑色 泥岩 , 厚 。 老顶为青灰色砂岩 , 厚 , 底板为 遇水极易膨胀的铝质粘土岩厚 。 煤层埋深 , 承受 奥 灰 水压 。 。 为 防止底板突水 , 开采 中采用 了 多种 防范方法 , 现作一简要介绍 。 分层开采 采厚不仅与顶板破坏 享度成正比 , 亦与 底板破坏厚度密切相关 。 据一矿大面和 小面 测试 结果 , 五号煤分层开采时 , 底 板破坏深度 明显小于一次采全高时的底板破 坏深度 , 因此 , 坚持厚煤层 分层开采不仅能 提高 资源回收 , 而且当上分层开采中出现异 常时 , 便于采取补救措施 , 有利于防止底板 突水 。 采 面斜长 图底板破坏深度与采面斜长关系图 水文地质条件复杂 , 底板普遍含水 , 但其实 测水量 、 水压偏小时 , 在来不及加 固底板情 况下 , 可将倾斜长壁工作面改为短壁小面进 行开采 。 年以来 , 井经局先后在因水文 地质条件复杂而经上级批准废弃的较场斜井 和一矿 , 布置个的小面 , 安全采 出煤炭万 。 底 界加固 经采前探查对认为有可能突水的工作面 进行底板预注浆加固 , 旨在人工 建造一个保 护层带 , 阻止具有高压的奥灰水涌入采场 。 短壁开采 据矿压观测 资料 , 底板破坏深度与工作 面倾斜长度呈线性关系 见图 。 因此 , 在 块段式开采 一般认为 , 矿压破坏底板深度随工作面 推进不断加 大 , 其破坏深度的分布呈 “锅底” 状 , 在老顶初次断裂时达最大值 。 此外 , 据 一矿透水资料 , 底板突水多发生在工作面推 进之间参见表 , 且突水时产生很 大的顶板断裂声 , 煤壁片帮 , 支柱下 陷 , 底 煤炭工程师年第期 。 刹一 ﹄饰 面斜长 透水点距切 眼距离 水量 二 , 采 号编 鼓等矿压显现 , 显然是工作面老顶 初次或周 期来压 所致 。 因此 , 对已掘出的水文地质条 件复杂的工作面 , 来不及加 固底板且难以分 为短 壁小面的情况下 , 可将大面 分为若干块 段进行开采 。 分块段时应注意①工作面推 进长度应小于老顶初次来压步距 , 一矿一般 控制在一 。 若无实测资料 , 其块段推 进长度可按房柱式采煤法管理顶板所允许的 安全跨距进 行计算 。 ②块段间煤柱宽度应大 于工作面推进中前方支撑压力区宽度 。 据测 试 , 斜长的工作面 , 前方支 撑压力 区从煤壁至前方距离 一般为 。 如 工作面 , 采前探查发现底板叮中有 孔出水 , 单孔涌水量 , 群孔涌水量 ” , 出水层位一般在煤层底板以下 , 该面倾斜长度 , 工作面西侧上覆 ’煤层 掘进中曾突水 , 工作面内 探查有陷 落柱 。 种种迹象表 明 , 若强行开采 , 极可能 发生突水 。 经研究 , 决定将其分为 的个块段回采 。 安全采完了该面煤炭 。 澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎 下习阮 ⋯ 兰兰 人人人人人 , 曰曰下 下下下下下下下 ’ ”“ 俨 ,’ 牛牛 ⋯⋯ ,, ’。 ,, , , , 加加加加加 图面分块段开采平面图 一采空区 , 一井 下钻 孔及 出水点 , 一突水点 断层 , 一陷 落往 进行核算 , 其式为 工 ‘一 生 城、 合理留设防水煤柱 由于采动矿压底板破坏带和断层 导水裂隙带 裂 的存在 , 该两带阻水能力大 大减弱 , 在以前的防水煤柱 留设中 , 多未考虑 这一因素 。 我们的做法是 , 在缓倾斜煤层中 留设含导水断层的煤柱 。 除采用防治水规程 推荐的公式计算外 , 还采用下述 经 验 公式 式 中 断层至采面之间防水岩柱厚度 , , 底板破坏 带 , 二 工作面 倾斜长度 , 甲 底板岩层平均内摩擦角 , “ 裂 钻探查明的断层导水 裂隙带 , 安 断层带至底板破坏带之间防水 煤炭工程师年第期 。 ⋯ 二 、 一 ,,, 尸 右性女笙厚及月 安 万 十 , 犷 尸 防水岩柱承受静水压力 , , 犷 临界 突水系数经验值 , 。 一 。 已超越断层下盘本溪组灰岩含 水层 , 从 而诱发此次突水 。 因此 , 两相邻工作面应尽 量避免同时推进 , 若生产需 要 , 的 工作面前后错距应在以上 , 以防止采场 应力相互叠加 。 合理控制相邻两工作面开采错距 一般认为 , 由于采动变化 , 沿工作面推 进方 向底板 内应力可分为三个区段采前支 撑压力区 、 采后应力释放区 、 采后压力恢复 区 。 据测试 , 井径局的工作面对底 板突水有诱导作用的 、 两区 , 其宽度在煤 壁前后方一 一 。 当两相邻工作面同 时推进 , 前后错距选择不 当时 , 两面的采动 应力场可能相互叠加 , 从而加大底板破坏深 度 , 在构造薄弱地带则可能诱发突水 。 如一 矿工作面突水即是一典型事例 图 。 从图中可看出 , 、、 工作面之 间分别存在有和断层 。 工作面 倾斜长 度分别为 、 和 。、 两面以 的前后错距同时开采 , 当工作面推 进时 , 在和 ,断层交叉处 发生突水 , 其初始水量 “ , 峰值水量 。 突 六点距工作面煤壁后方 , 距工 作面煤壁前方 。 采前作了大量防探水工 作 , 钻孔控制底板深度一 , 单孔最大 水量 。 , 群孔 水量为 , 理论水 压 , 实测水压 , 满足 规程 要求 。 此次透水的主要原 因是①透水点位 于两小断层交叉部位 , 底板隔水性能弱 。 ② 若两工作面不 同时推进 , 底板破坏深度 面为 , 面为 , 不可能造成突水 。 而两工作面拉开错距中间有煤柱 推进 , 工作面前方压应力场和面 采 后应力释放场相互叠加 , 此时相 当于一个 的采面 , 正常区底板 破坏深度 为 , 断层薄弱带附近将达以上 , 此破坏深度 快速推进 美国肯特基大学教授 安拉德 在文献〔 〕中指出 “在生产实践上, 对于 采困地段公认的一个准则是 , 工作面推进要 快 , 工作面长度要小一些 。 ”据矿压观测, 煤 占占占 图工作面 突水平面图 一突水 点 , 一断层一采空区 壁前后 一 范围内是压力和剪应力 最集中部位 , 因此 , 工作面推进过程中 , 应尽 可能地匀速推进 , 并尽可能防止在构造薄弱 地段突然停采 , 以减少矿山压力对底板破坏 作用时间和应力持续集 中 , 避免诱发突水 。 在几十年的带压开采过程中 , 经过几代 人的不断探索 , 根据底板突水机理和矿 山压 力的研究成果 , 一矿对回采 中预防底板突水 做了一些尝试 , 并取得了明显成效 , 如果加 强这方面的研究 , 对华北 “下三层”煤的开采 , 将起到积极的指导作用