带压开采工作面底板突水分析与防治.pdf

河北煤炭 199 5 年第3期 髯 带压开采工作面底板 突水分析与防治 哪郸矿务局王凤犷程明 河北邢郸 05620 0 摘要介绍 了受华北型奥灰岩溶水严 重威胁的大水矿井为同类型矿井进行 带压 开采探索的可以借鉴的成功经验 , 同时指出了带压 开采过程中发生的回采 工作面底板突水规律也有必要加以分析和研究 . 关键词带压开采工作面水文地质底板突水底板岩性 隔水层厚度 1 底板突水发生概况 邯郸矿务局王凤煤矿带压 开采工作面 底板发生的突水共计 9 次 , 共中山青工作 面突水2次 , 小青工作面突水 2 次 , 下架工 作面突水 5 次 ; 单个突水点最大突水量达 60 0m 3 /h , 稳定突水量最大40 0m , /h , 最小 突水量 7 7 . 7 6 m 3 /h ; 按突水水源分类 为 4 次大青突水 , 5次奥灰突水 ; 突水点最低标 高为一2 3 5m , 最高标高6 0 m ; 隔水层底 板承压最大为 3 . ZMPa , 最, J伪 0 . 8 5MP a , 煤层至底面含水 层厚度最大为4 2 m , 最小 为1 7 m , 隔水层的岩性主要为砂岩及铝土 泥岩 。 2 底板突水分析 2 .1 突水地理信息 带压开采工作面底板突水是在一定的 地质 、水文 地质与开采条件下发生的 、 诸多 因素综合作用的结果 。 对突水现象观察分 析 , 发现回采工作面底板突水有如下规律 . 一是突水前都有明显的征兆 , 如 135 2小青 工作面突水 , 开始时底板浮煤变潮并有小 股流水 、 伴有轻微底鼓和响声 , 而后底板多 处产生裂隙 、 伴随风流面发生大量涌水 , 二 是突水多发生在承压水水头压力高 、底 板 隔水层变薄处 , 如 19 55 、1 9 36 、1 96 1下架工 作面 , 底板承压 。 . 9 8MP a 左右 , 隔水层厚 度不足 ZOm ; 三是古岩溶发育处突水机率 高 , 如 1955 、 1936等工作面 , 奥灰承压水在 古侵蚀面向上导升 、 潜伏至煤层底板隔水 层内一定高度最大达8 . sm;四是底板含 水层富水地段地层产状变化较大 、 遇断裂 构造处突水水量较大 , 如 1琴2 、 1715 小青 工作面 , 地层倾角达 4 0 。 左右且有落差 lm 左右小断层存在 , 突水后水量在 40 0m , /h 左右 ; 五是回采底板 突水多发生在采后 O 1 5m的底板剪切处与卸压区内 , 王凤矿 所发生的 9例突水都发生在此区处内 . 2 .2 突水机理 为更好地分析底板突水产生的原因 、 探讨突水机理 , 有必要对突水点邻近煤层 的安全开采条件与之作以比较 。 就王风矿的 9 例突水而言 , 都能找到 “相关程度’ ,较高 的邻区安全点作为比较点 表1 。 程明带压 开采工作面底 板突水分析与防治 表 1 底板突水与不突水对比表 工作面名 称 突水情况 水数突系底压 隔承水板采高 开标 MPa 2631一6山青 2 6 31一7山青 26 3 又一1山青 一23 3 . 0 一235 . 0 一1 48 . 0 3 . 13 3 . 15 2 . 58 42 . 0 42 . 0 42 . 0 0 . 76 0 . 76 0 . 63 粉砂岩突水 、深部 山青煤 中细砂岩突水 、深部 山青煤 灰岩未突水 、浅部山青煤 卫1352 小青 1,1 5 小青 17一8 小青 4 5 . 0 十26 . 0 一40 . 0 1 . 32 1 . 2 2 1 . 26 23 . 0 22 。 0 2已 . 0 0 . 59 O 。 56 0 . 54 细砂岩突水 中砂岩 突水 粉砂岩未突水 、疏降开采 1 9 55 1 9 5 5 里下架 下下架 14 . 5 12 . 0 。 3 4 . 3 5 21 . 0 1 9 . 6 0 。 6 5 0 . 7 0 粉砂岩夹水 、底部下架煤 泥岩 突水 、底部下架煤 1855 185 5 大青1 大青 2 19 . 5 十17 . 0 3 4 3 5 20 . 0 24 . 6 粉砂岩未突水 、顶 部大青煤 泥 岩未突水 、顶 部大青煤 19 61 1 8 6 1 下架 大青 十60 . 0 十6 6 . 0 16 . 8 2 2 , 8 粉砂岩 央水 、底部下架煤 泥 岩未突水 、顶部大青煤 下架里 下架外 十5 6 . 0 十50 . 0 0 . 90 0 . 93 18 . 7 1 7 。 O 0 , 49 O 。 5 6 粉砂岩 夹水 、底部下架煤 泥 岩突水 、底部下架煤 1836 大 青1 1836 大青2 十63 . 0 十57 . 0 0 , gQ 0 . 9 3 25 . 7 24 . 0 0 . 36 粉砂岩未突水 、顶部大青煤 泥岩未突水 、顶部大青煤 由此可见 , 决定带压开采工作面底板 突水与否的主 要 因素是开采煤层底板隔水 层的厚度及底板 隔水层所承受的水头压 力 ; 同时 , 还与采矿活动及岩溶发育程度及 构造 、底 板岩性及其物理力学性质等有关 。 这些因素的综合作用是降低防水层有效厚 度 、 削弱底板隔水层的抗水压能力 、 决定突 水量的大小 。 根据王凤矿带压开采工作面底板突水 的分析 , 水压 和隔水层的稳定性是决定底 板能否突水的基本矛盾 。 水压是其主要方 面 , 如果底板下没有承压含水层或虽有但 水头高度低于煤层底板 , 防水层再不稳定 也不可能造成底板突水 ; 而当底板下承压 含水层具有一定水压时 , 隔水层的稳定程 度就成了控制底板突水的决定因素 。 如王 凤矿 195 5 、 1936 、 1961 下架工作面开采过 程中发生了突水 , 而上覆的 1855 、 1836 、 186 1大青煤层均能安全开采 , 主要是大青 煤层底板隔水层增厚了 57m 。 可见其它 因素只是促使水压与隔水层厚度这一基本 矛盾 由不突水向突水转化的因素 。 2 . 3 与之相关 的水压 P与隔水层厚度 m 结合王凤矿突水资料与相应的安全开 采资料进一步探讨 , 绘制成呈线性关 系的 临界经验曲线附图 , 作回归分析表2 。 河北煤炭 1 995年第3期 2 468 0 12146 旧202 22 426 2 83 03 2 塑 户‘ g / c m , l0 l5 臾水区 刁 、夕 。 . .火二 。 20 2 5 3 0 35 4 0 4 5 安全区 附图 处侧 . 。 王凤矿突水临界经验曲线图 表 2 回归方程计算表 P 项 M 项 PM 项 习Pi 238 42 P1 4 . 9 名Pi 一4 450 . 2。 告 名P、’一3 552 6‘ L”936 . 65 名珑二 ; 2 1 . 飞。 M2 5 . 7 习M广 一11062 . 5 告 名Mi, _ 10 565 . 78 L翔二10 97 . 02 n 16 名阴i 70 71 . 2 音 名P; 名Mjz一01 。 . 7 L以二944 . 5 BL以/Lp P一94 4 . 5/936 . 51 . 01 A M一B P 二 25 . 7一1 . 01X14 . 9一10 . 68 M一10 . 68十1 . OIP 注 P、M、PM 及名P竺 、 习M 、 名PM 项从略 . 从上式可知隔水层厚度与水压之间的 相关经验公式为M 1 . 0 1F1 0 . 6 8 , 式中 P的单位为kg/ em Z、M 的单位为m 。 碳薰一。 ‘ ”3 r氏 051一 0 . 4 97 由于 r } 0 . 930 . 4 97 , 可以认为 P 与M 之间的线性关系是十分密切的 , 上述 回归方程是有意义的 。 它说明带压开采条 件下 , 由于诸多因素的综合作用 , 其无效隔 水厚度为10 . 6 8 m ;也就是说带压开采的底 板隔水层厚 度不得小于1 0 . 68m , 系数 1 . 0 1说明正常底板有效隔水层其抗水 压能力为 1 . 01一, , 或称之为突水 系数 ; 还 可以看出带压开采在不同的水压条件下其 临界安全厚度也应有相应的大小 , P 、M 相 关系数反映了突水因素的相互作用的结 果 。 3 底板突水防治 带压开采的安全性决定突水与否及突 水量的大小 , 不突水采出煤炭为安全带压 开采 , 突水且威胁矿井安全或较长时间增 加 出煤成本为技术经济不合理开采 。 通过 程明 带压开采工作面底板突水分析与防治 对王凤矿带压开采的 9 例突水的分析 , 带 压开采工作面底板突水是可以预防与治理 的 。 3 . 1 查清采场地质水文地质条件 突水的发生是采场活动与地质水文地 质因素综合作用的结果 。 8 0年代以来 , 钻 探 、 物探 、 化探等方法先后运用到带压开采 上 , 取得了良好的技术经济效果 。 这种综合 勘探方 法能够准确地采集采场 的地理信 息 , 如地质雷达 、 电测探 、超 前探 、 坑透 、 同 位素等在 不同矿井中对探测底板 隔水层厚 度 、 承压水的导升高度 、 回采工作面的构造 及承压水的动态特征等都有成功的运 用 。 3 . 2 突水的预 测 由王凤矿带压开采突水资料建立的经 验公式可知 M 1 . o1P10 . 68 , 当隔水层 底板承 压大小与实际隔水厚度已知时 , 即 可求出相应的临界值 , 并与实际值比较来 预测开 采的安全性 ; 它的适用范围是 P 10 . 6 8m , 当然在带压开 采过 程中还需要做大量的具体工作 , 运用各种 手段和方法采集实际参数 。 3 . 3 突水的防治 在运用前人对突水机理的认识及防治 水经验的基础 上 , 需要不断提高勘探手段 、 方法 , 运用综合勘探技术取得地理信息 , 合 理评价 、 超前防治 、 安全开采 , 以保证 带压 开采技术经济的合理性 。 3 . 3 . 1 为适应突水条件改变采煤方法 。 如 王凤矿19 55下架工作面在勘探探测底板 隔水层内具有奥灰承压水导升时导升高 度最大达8 . sm , 将原设计的 1 9 5 5 工作面 分为 19 55 里 、 1955 上 、19 55 下 3 个小工作 面进行带压开采 , 减轻了水害 , 较成功地采 出煤层 ;又如王凤矿在大青煤层安全开采 后 , 对下部可能突水的下架煤层开采实行 小工作面穿洞式条带开采法 , 最大限度地 减少了矿压对隔水层的破坏 , 充分利用底 板隔水层的有效保护厚度阻隔了强含水层 承压水的突出 。 3 . 3 . 2 改造突水条件 。 在预测突水的采 场 , 通过查清地质水文地质条件改变其原 始状态 , 进行承压水疏降底板裂 隙充填加 固 。 如王凤矿的 1 718 小青工作面 , 在技术 经济合理条件下 , 疏降与底板大青灰岩含 水层的水头 , 使其在预测安全范 围内开采 取得了成功 ;又 如淄博矿务局 的大封矿等 矿井 , 在开采受底板薄层灰岩水威胁的煤 层时 , 运用低廉的粘土水泥浆对含水层进 行注封 , 安全开采了煤层 、 技术经济效果明 显 , 延长了矿井服务年限 。 4 认识 不同矿区要在充分研 究区域 、 井田地 质水文地质条件的基础上 , 利用现代科技 成果查明突水的地理信息 ; 利用地理信息 系统技术对规划区的采掘活动进行突水预 测 , 变被动防水为主动治水 , 以确保带压开 采的技术经济合理性 。 编辑 王守刚 19 95 年上半年河北省煤炭生产实现 双过半安全生产创出好成绩 1995年以来 , 河北省煤炭工业认真贯 彻党的十四届三 中 、 四中全会和中央经济 工作会议精神 , 按煦社会主义市场经济的 要求 , 深化企业改革 , 加快转机建制 , 依靠 科技进步 , 夯实安全基础 , 克服重重困难 , 经过全省广大煤 炭战线职工共同努力 , 河 北省煤炭生产取得好成绩 。 截止 6 月底 , 全 省共生产原煤 320 7 万 t , 超产 22 1 万 t , 比 去年同期提高了 5 . 2 2 ; 洗精煤完成 52 3 万 t , 全省煤炭生产实现时间过半任务过 半 , 并实现产销基本平衡 , 煤炭安全生产比 上年同期明显好转 , 国有重点矿百万吨死 亡率为 0 . 4 2人 。 牛银海