奥灰含水层下急倾斜煤层安全开采评价及水害防治对策研究

王国玉

(唐山开滦赵各庄矿业有限公司，河北 唐山 063102)

奥灰含水层下急倾斜煤层安全开采评价及水害防治对策研究

王国玉

(唐山开滦赵各庄矿业有限公司，河北 唐山 063102)

针对赵各庄矿井急倾斜煤层开采区域3839工作面发生的涌水情况，对区域涌水量的变化规律进行分析，确定了主要影响因素；对恢复开采的有利条件和不利条件进行了分析对比，提出了安全开采对策和防治水措施。

奥灰水；急倾斜；涌水量；防治水对策

0 引言

开滦赵各庄矿已延深至十四水平，埋深达1254 m，是全国最深的矿井之一。水文地质条件属极复杂型，受煤层底板和顶部奥灰水的双重威胁[1]。2012年10月25日，位于急倾斜区域的3839工作面出现涌水现象，最大涌水量为1.64 m3/min，区域涌水量增大到5.63m3/min。为保证安全，被迫停止了掘进。工作面位于矿井西翼8石门12煤层，开采范围为12水平(-1000m)至13水平(-1100m)，煤层平均厚度10.3m，平均倾角54°。具体位置见图1。开采方法为柔性掩护支架，沿顶板和底板布置两条回风巷，沿底布置一条运输巷，双面开采。设计三个阶段开采，阶段垂高为25～27m，各阶段之间保留7～8m煤柱。为缓解矿井衔接的紧张局面，及时恢复后续施工，对工作面进行安全开采评价并提出相应对策，是赵各庄矿井面临的紧迫课题。

1 工作面出水及区域涌水量变化情况

1.1 工作面出水情况

2012年10月25日六点班，在3839底回风道

图1 3839工作面位置示意图(立面投影)

正常掘进，12：30左右，迎头以外5、6m位置明显来压。13:30左右，来压响声日趋频繁，上顶出现淋水。13：45停止掘进、撤人。两点班工人到现场时，发现底回风道台棚帮柱及插梁折断，已无法进入，上顶淋水较大。有4架铁棚下沉，连锁梁折断。工作面涌水量由初期的0.3m3/min增大至1.2m3/min。

1.2 3839区域涌水量变化情况

3839区域包括12水平的10、11两个石门，平均涌水量为2.68m3/min，最大涌水量为5.63m3/min。近三年，雨季过后均未出现较大变化。具体变化情况见下表(表一)：

表1 3839区域涌水量和降雨量统计表 (涌水量：m3/min 降雨量：mm)

续表

续表

2 区域水文地质条件

3839工作面所在区域位于急倾斜正山区，煤层倾角60°～80°，受反Ⅳ断层影响，奥陶系石灰岩与煤层直接接触或间距缩小[2]。奥灰强含水层逆掩于采区上方，形成了类似水下开采的特殊水文地质条件(见图2)。九水平及以上的开采波及影响到六水平以上奥灰含水层,致使本区域的开采具有充足的补给水源,煤层的开采又为其下泄提供了通道。随着矿井开采水平的不断向下延深，开采工作面也逐渐远离奥灰，其水文地质条件较浅部有了较大变化，采区上方已不直接是奥灰，而是采空区。采区的主要充水因素虽仍是奥灰水，但直接充水因素却是上方的采空区水。相邻采空区之间采空区水存在袭夺性[4]。12煤层底板为一砂岩裂隙含水层，在本区域含水较为丰富,上巷开采过程中均出现了不同程度的涌水现象。

3 区域涌水量变化规律分析

涌水量大小与降雨量、奥灰水位关系密切，降雨量大、奥灰水位高，涌水量就大(见图3)。经统计分析，最大涌水量出现在2012年。2012年降雨量达到836.7 mm，为38年以来的最大值，雨季(6、7、8三个月)的降雨量达到了544.9 mm，为16年以来的最大值。奥灰水位73天上升了91.76米(由6月3日的-245.4m升至8月15日的-153.64m)。尤其是在12天之内几乎是连续降雨323 mm，直接导致奥灰水位上升68.51m。2013年则降雨偏小,仅为552.4mm，一次最大降雨量为59.5mm。2014年降雨量为429mm，一次最大降雨为55.8mm。2015年降雨量为446.7mm，一次最大降雨为40mm。2012年之后，3839区域涌水量没有出现大的变化，总涌水量在2.0 m3/min左右。由此可判断2012年超常降雨量和集中降雨是3839工作面出水和造成本区域涌水较大的主要原因。

图2 3839区域地质剖面图

图3 区域涌水量与降雨量相关曲线图

4 安全开采评价

4.1 安全开采的有利条件

(1) 在生产实践中探索出了一套比较完整和有效的矿井浅部开采防治顶部奥灰水的方法，指导着矿井向深部延深，并取得了成功的经验。本区域八水平的8837工作面，九水平的9837工作面，十水平的0033工作面，十一水平的1237工作面，12水平的2137工作面，均在留设两个阶段煤柱的情况下实现了安全开采[5]。

(2) 在留设阶段煤柱的条件下，上巷各工作面在开采过程中最大涌水量为1.69 m3/min。因此在留设65m阶段煤柱的情况下，下阶段开采过程中预计最大涌水量不会大于2.0 m3/min。根据上巷开采过程的出水情况，出水有滞后和水量逐步增大的特征，不会出现突然涌水现象。

(3) 3839工作面处在西Ⅱ断层下盘，并且工作面东部77米范围上部无开采，10石门西侧未开采。而上巷的出水工作面均在西Ⅱ断层上盘。从目前两盘涌水量大小及探钻情况分析，两盘连通并不十分畅通。3839工作面涌水以12煤层底板水为主，采空区水影响次之。

(4) 开采区域涌水量已经由5.63m3/min降至目前的2.0m3/min左右，近几年，雨季过后未出现较大变化。说明区域涌水通道也已非常畅通，区域泄水量与动水补给量同步变化且达到了动态平衡。

(5) 从探钻情况分析，积水范围并非为整个采空区区域，采空区并非为均匀的含水体。采空区水通过不同的泄水通道集中向外涌水，并非所有采空区区域处于一种水淹状态。

4.2 不利条件

(1) 根据上巷开采中出水工作面的位置分析，区域老塘水的来源一部分来自12西11石门西侧上部，即上方0033、1237、2137工作面老塘的垂直下渗。另一部分来自金庄反山区，即上方的0235、0335工作面老塘。由于在11水平之后，大巷未进入金庄反山区区域，9、12煤层均未开采。该区域10水平以上涌水向下已无通道，只能向东转移，泄水通道集中于12水平的10和11石门。

(2) 2012年降雨量达到836.7mm，为38年以来的最大值，导致自2012年雨季以来奥灰补给量大幅度增加，区域涌水量较常年增加了1倍。上部老塘积水范围和积水量增大。在不考虑上下盘因素的条件下，相比1237和2137工作面而言，目前3839工作面受老塘水的威胁更大。

(3) 目前3839区域涌水发生明显变化的部位在12西10石门的东侧，而石门西侧及11石门涌水量则没有明显变化，说明西侧老塘积水主要来源于动水补给。

5 开采对策及防治水措施

5.1 开采对策

在12西11石门的很多出水点已出现黄泥沉淀物，说明12水平出水点已与地表雨水产生水力联系，也同时说明该区域的原始采空区积水已基本放净，目前的涌水量只为区域动水补给量。结合上巷的开采经验，对12煤层的3839工作面进行试采，采高25m，留设65m煤柱，即只开采下阶段，是可以实现安全开采的。

5.2 防治水措施

(1) 采用上巷的经验做法，对于第12煤层，由于采后导水裂隙带高度大(可达60m以上)，涌水量也大，为此将上、中阶段留做挡水煤柱，只开采下阶段。

(2) 保持日进2～3m，进行正规循环，做到工作面产量和进度均衡、稳定、连续。严禁在一处大量出煤，以延长挡水煤柱起阻挡上方采空区水作用的时间，防止提前导通上方采空区。

(3) 为疏导采空区积水，在运输巷每隔20～30m留设一个水闸墙，每个水闸墙下一直径为50毫米的水管，将水自采空区直接引至下石门水沟。或在运输道下方5～7m设计和施工泄水巷，之间用立眼联络，做好疏导涌水准备，保持泄水巷畅通，改善工作面作业环境。

(4) 在低水位下开采，开采时间3～6月，避开雨季，将奥灰水位控制在-230m以下。

(5) 做好12水平10、11石门的顺水工作，在11石门正副石门增加泄水孔，使采空区水从12水平大量泄出。

(6) 保留3839回风巷，现有支架不再回替，防治加重对上方老空区的破坏，同时使老空水尽量由12水平流出，防止在回风巷形成积水。

(7) 当工作面涌水量大于1.0m3/min时，停产撤人。

[1] 钱增江.超千米埋深巷道淋水水源及变形机理分析[J].煤矿开采，2012(3):66-69.

[2] 中国矿业大学(北京).唐山开滦赵各庄矿业有限公司矿井地质报告(1999—2008)[R].2009，5．

[3] 武强,等.奥灰下急倾斜工作面水煤体溃泄机理与防治[J].煤炭学报,2000，25(4):408-411．

[4] 刘先烨.奥灰下急倾斜煤层开采上方老塘水防治措施[J].能源技术与管理,2006(5):6-7.

[5] 华北科技学院.唐山开滦赵各庄矿业有限公司矿井水文地质类型划分报告[R].2013，8．

[6] 宋恩春，戚春前.直立煤层水下安全开采实践[A]/2003年煤炭工业总工程师论坛论文集[R].2004，5.

[7] 李东善.急倾斜煤层水患治理[J].开滦科技，2003(3).

[8] 轩大洋，许家林.煤矿老采空区水害防治技术分析[J].煤炭科技，2008(4)：38-41.

The Ordovician limestone aquifer under the steep coal seam mining safety evaluation research on prevention measures of water disaster

WANG Guo-yu

(TangshanZhaogezhuangMiningCo.Ltd.,Tangshan, 063102,China)

In view of the gushing water occuring in 3839 working face in Zhaogezhuang Mine steeply inclined coal seam mining area,the change law of regional water inflow is analyzed to determine the main factors.The favorable and unfavorable conditions of the restoration and exploitation are analyzed and compared,and the exploitation countermeasures and measures of water prevention and control are put forward.

Ordovician limestone water; steep; yield; water control measures

2016-03-06

王国玉(1963-)，男，河北唐山人，大学毕业，工程师，唐山开滦赵各庄矿业有限公司安全副经理，主要从事矿井安全管理工作。E-mail：zkwangguoyn@kailuan.com.cn

TD823.83

A

1672-7169(2016)03-0047-06