灰岩底板工作面采前防治水安全性分析

刘岳刚

（大同煤矿集团有限责任公司 晋华宫煤矿，山西 大同 037016）

导致水害发生的因素非常多，主观上主要是未进行全面调研，不重视安全工作，采取的防水措施不适宜或者工程施工质量不达标等。要做好水害防治工作，应当在开采作业之前进行安全性评价工作，并采取必要的水害防治手段，确保水害的全面防治，保证煤矿的安全开采。

1 1035工作面介绍

同煤集团晋华宫矿，设计年生产能力1.8 Mt/a，矿井服务年限为55.8 a，建设工期为3 a，于2008年投产运行。晋华宫矿煤系地层属于二叠系下石盒子组及山西组，可采煤层包含有 7#、8下#、8上#、10#煤层。现阶段主采煤层是山西组10#煤层，煤层厚度为2.2～6.4 m，煤层倾角为8°，煤层顶板为砂泥岩，底板为灰岩。顶板裂隙发育不完善，含水性不强；底板小褶曲和断层较多，裂隙较发育，在受到回采采动破坏情况下，易使地下水涌入回采工作面，对工作面产生水害威胁。

井田南北长为4.4 km，东西长度最小为0.4 km，最大为5.3 km，井田总面积为21 km2。此次对1035工作面进行评价，该工作面的机巷长为1822 m，风巷长为1809 m。巷道顶板标高-604 m～-285 m，煤层的平均厚度约为3.6 m，煤炭资源储量440225 t，可采煤量达417213 t。

2 1035工作面太灰突水安全性评价

煤层的底板太灰水有突水危险。由于采动影响使底板结构遭受破坏，导致底板突水的原因较多，会受到矿山压力和水压力的影响，还会受到地质结构、隔水层结构和工作面空间等多种因素的影响。底板发生突水是这些因素共同影响的结果。

在1035工作面中，太灰水具有承压性。应当对底板的太灰突水安全性加以评价，以确保未来工作面的安全开采。

2.1 突水安全性评价依据

（1）根据晋华宫矿地质报告资料中的钻探数据、抽水试验数据和水压数据等。

（2）依照晋华宫矿1035工作面瞬变电磁法探测报告中的相关数据。

（3）根据晋华宫矿1035工作面无线电波透视报告中的相关数据。

2.2 底板注浆改造工程

工作面防治水工作开展时，针对顶板位置处裂隙含水层结构，通过探查方法加以监测与分析。若是进入断层区域，或者底板结构为灰岩含水层结构，应当事先完成勘探工作，才能注浆施工。在进行突水预防的过程中，不仅要对底板实施注浆改造，同时采取疏水降压措施，明显减小太灰突水系数，确保煤矿开采的安全性。此次改造工程中，把含水层区段全部注浆处理，将含水层转变为隔水层。

1035工作面的防治水工程，一共涉及到22个钻场，其中机巷10个钻场，风巷12个钻场，共施工150个钻孔，总工程量12694 m，总注浆量3781.9 m3。具体的钻孔类型、数量、钻进工程量以及注浆数量如表1所示。

表1 不同钻孔类型、数量、钻进工程量

在1035工作面机巷及风巷的掘进过程中，依照工作面具体的地质条件，对工作面煤层底板以下70 m以内的区域进行了注浆，把含水层转变为隔水层。在底板位置进行注浆的127个钻孔，所采用的注浆材料全部为水泥单液浆，总的注浆量达到了3285 m3。其中对一些未出水的钻孔采取试注清水的方法，等到压力值达到注浆终压情况下，对未出水的钻孔进行封孔处理，封孔材料依旧为水泥液浆。在开展钻孔作业时，要求测量的精准性。还要对所有钻孔进行二次注浆处理，并邀请地质部门相关检查人员到作业现场进行全程的监督与监察。在施工过程中，要对出水数量及深度加以测量、记录，并将所有记录信息按时呈交防治水部门。

2.3 1035工作面太灰突水安全性评价

采用突水系数法，对1035工作面太灰水突水安全性进行评价。公式如下：

式中：Ts为突水系数，MPa/m；P为底板隔水层所承受的水压，MPa；M为底板隔水层厚度值，m。

（1）底板安全突水系数

《煤矿防治水规定》中列举了我国一些煤矿中安全突水系数，当底板遭遇构造破坏的情况下，突水系数通常小于0.06 MPa/m；而处于正常情况下，突水系数小于0.1 MPa/m。为了更加安全可靠，本矿安全突水系数值取0.06MPa/m。

（2）隔水层厚度

在1035工作面的附近，共钻取了五个钻孔，均揭露了含水层。通过分析得出，煤层底面到达一灰顶部距离分别为：36.7 m(K1-03孔)、45.5 m(K1-13孔)、38.7 m(26-8孔)、46.2 m(26-12孔)以及58.5 m(26-22孔)，其中距离最小值是36.7 m。

（3）安全性评价过程

依照不同钻孔所测的一灰数据加以梳理与分析，获得不同钻孔区域煤层的标高值、太灰层承受的压力值及隔水层的厚度值，然后根据所得数据计算突水系数，结果如表2所示。

表2 突水系数计算结果

由上述表中的数据可知，1035工作面的底板一灰的突水系数在0.052～0.104 MPa/m之间；在较深部位，突水系数值也较大，实际开采作业时会有突水潜在危险。但对底板，进行注浆处理后，底板的突水系数显著降低，说明经过注浆改造后，底板发生突水的危害被有效消除。

3 1035工作面回采期间的防治水措施

3.1 严控工程施工质量，避免出现冒落问题

在开展回采工作之前，应当利用瞬变电磁等勘察技术针对开采区的顶板之中富水区域加以全面的测试。经测试，若工作面的地质环境较差，便应事先进行加固支护；而富水性非常强的一些工作面，要通过疏放水措施加以处理。若是回采遇到松散顶板，要加强工作面支护，防止出现冒顶；如出现冒顶，则应当事先准备一些木料，避免冒高太大。在片帮严重处和顶板破碎处，要超前拉架，防止冒顶、漏矸。当超前拉架后，端面距仍未达要求时，则在支架前梁上挑长度适宜的板梁支护。拉架到位后，将支架升紧接顶严密，护帮板及时打出，机组停机必须将支架拉到最小控顶距。并且，在巷道初次来压及周期来压之前，要进行探测工作，结合探测结果，强化顶板维护。

3.2 进行全面观测，充分了解水、土、岩的变化情况

通过物探、钻探、化探手段，探明工作面异常区导水性以及威胁性，坚持“有采必探，先治后采”原则，确保回采安全。进行回采作业时，若是接近断层，顶板出现淋水，问题严重，且巷道围岩也出现了异常，应即刻将相关情况上报。在地质测试人员经过详细的测量及分析后，若必要，则应用钻孔进一步检测；对出水较多的，应进一步化验水质，准确的找到相应水源。在发现异常出水问题情况下，应当按照“有采必探、先探后采”这一基本原则开展工作。

还应对工作面出水状况加以观测，若采空区出水，应分析第四系含水层松散孔隙水水质，以精准判断出水来源，掌握出水的规律性。另外，还应当对第四系含水层松散孔隙水开展动态监测工作，确保充分了解邻近不同含水层具体状况。

3.3 严控初采阶段采高值

依据1035工作面的地质情况，应用科学的回采技术，制定合理的回采放顶，确保较高的回采率。在初采阶段，不宜采用一次采全高，否则容易导致巷道顶板发生破碎，局部垮落，易导致水害事故的出现。开采作业时，需保证开采作业的速率，确保能够连续进行开采施工，同时保证掘进速率的均匀性。开采高度值应当小于4 m，并确保排水正常进行。

3.4 强化员工水患意识

对工作面一线作业人员，定期组织召开教育与培训工作，提高员工的水患意识。在人员下井作业之前，应向作业人员讲解顶板的破坏情况，以及顶板的移动规律，以便作业人员了解矿压情况，确保作业人员遇到问题时，能及时采取措施，防范水患的发生。

4 结语

本文以晋华宫矿1035工作面为例，评价了工作面防治水的安全性。通过相关工作的开展，确保了晋华宫矿水害防治工作的顺利进行，也使防治技术及防治水平的有效提高。