工作面頂板動態(tài)離層水預疏放實踐

李忠凱 胡 杰

（***礦業(yè)集團海孜煤礦，*** *** 235147）

摘 要：采煤工作面頂板動態(tài)離層水是煤礦突水的一種新的水源，通過對離層水突水的原因和特點分析，采取了在工作面回采影響以外的下山方向布置鉆孔，同時在鉆孔內下入防堵裝置，保證了鉆孔在工作面采前、采中和采后持續(xù)放水，有效地阻止了離層水源的產(chǎn)生，保證了工作面安全生產(chǎn)。

關鍵詞：動態(tài) 離層水 預疏放

引 言

***礦業(yè)集團海孜煤礦是一座設計年產(chǎn)1.5Mt的現(xiàn)代化礦井。2005年5月21日正在回采的84采區(qū)745工作面發(fā)生瞬時最大水量3887m3/h的特大潰水事故，給生產(chǎn)和安全造成極大的被動。經(jīng)查治，發(fā)現(xiàn)該次事故是因為受7煤層頂板巨厚火成巖支撐，多煤層采動作用，造成煤系地層不均勻沉降，使7煤層頂板砂巖產(chǎn)生離層，并積水，在火成巖動力作用下，積水沖破有限的隔水層，而發(fā)生的特殊突水現(xiàn)象。如此強度的頂板水突水現(xiàn)象在國內十分罕見，如何進行防治，避免類似事故的再次發(fā)生，成為扭轉生產(chǎn)和安全的被動局面，保證工作面安全恢復生產(chǎn)成為工作面水害治理的關鍵。

1 頂板動力突水原因和特點1.1 745工作面地質及水文地質概況

工作面煤層屬二疊系下石盒子組全隱伏煤層，煤層厚0.2～3.2m，平均1.29m，傾角18°。該區(qū)地層自上向下有第四系和火成巖及煤系地層，對7煤層開采充水有影響的主要含水層有第四系四含和7煤頂板厚層砂巖，隔水層有四含底部粘土層、火成巖和7煤直接頂泥巖。

1.1.1 四含

四含為第四系地層的最下一層，直接覆蓋在煤系地層之上，與煤系地層不整合接觸。四含底部發(fā)育一層粘土層，含礫石，粘土層發(fā)育不均一，局部具“天窗”，四含水通過“天窗”緩慢向煤系地層補給。

1.1.2 火成巖

厚76.3~88.77m，下距7煤層61.2～62.83m，屬閃長巖和閃長玢巖，整體塊狀結構，總體屬隔水層，能阻隔四航對煤系地層的補給。但當有斷層等裂隙發(fā)育與四含溝通時，使局部喪失隔水作用，通過地面補勘鉆孔采取鉆孔電視技術可清晰看到該區(qū)火成巖發(fā)育有大量縱向和層狀拉伸裂隙，但不含水。

1.1.3 7煤頂板砂巖

厚14.07～30.87m，下距7煤層12.86～28.03m，含脈狀裂隙承壓水，屬弱含水層，是7煤開采的直接充水水源。

1.1.4 7煤底板煤巖層

8、9煤層相距約3m，8煤上距7煤約22m，與7煤層同屬于二疊系下石盒子組，在該區(qū)兩煤層均未開采。

上距7煤層約116m為二疊系山西組10煤層，該層煤工作面于2002年11約全部采完收作。

1.2 745工作面突水原因

工作面發(fā)生突水后，為了查明突水原因，在位于停采線外5m，機巷向上10m，施工了一個鉆孔R455孔，孔深368.53m，終孔層位位于7煤頂板34.8m，鉆孔離層發(fā)育柱狀見圖1。鉆孔在施工過程中發(fā)現(xiàn)巖漿巖底板1.6m至粉砂巖1.4m段（329.5～332.5m），被掰開形成T3離層帶，段高3m，具典型的硬軟巖層界面易產(chǎn)生離層的規(guī)律特征。注水實驗測流結果，單位吸水量為0.16l/s.m（相當于中等富水含水層）。

煤系地層中，在孔深339.5～341m孔段的砂巖（厚2.15m）與粉砂巖（339.61m）界面分布有段高為1.5m的T2離層帶，其中砂巖掰開0.11m，粉砂巖掰開1.39m，也是軟、硬巖層界面。其單位有吸水量為0.056l/s.m（相當于弱含水層），表明離層帶為破碎巖石充填，而不是空腔。

在孔深350.74～368.53m的巨厚（大于17.8m）的砂巖中，砂巖頂界6.76m以下發(fā)現(xiàn)有段高為1.2m的T1離層帶，單位吸水量為0.32 l/s.m（相當于中等富水含水層），K值為31.16m/d。總吸水量為13.64m3/h。

R455孔終孔時位為333m(-306 m)，在巖漿巖孔段的水柱高度為16.1m。T1、T2、T3三個離層帶均有積水。44d后水位為340m，已低于巖漿巖底板18.9m，表明T3離層帶已處于水位之上而成為“無水離層帶”。T2離層帶頂界為339.5m。表明該離層帶上部0.5m已處于水位之上，只有T1離層帶仍保持水位，水柱高達17.5m。這說明：A、R455孔內水位保持44天，原因是有T3“積水離層帶”存在。B、R455孔深368.53m，孔底距7煤頂34.8m。孔底有水位說明其下部砂巖還沒有被導水裂隙所波及。46d后孔內水位消失，鉆孔發(fā)生吸風現(xiàn)象，說明T3積水離層帶被疏干。

上述現(xiàn)象說明T1積水離層帶的單位吸水量為0.32l/s.m，是5.21突水的直接水源。當山西組10煤層回采后，下石盒子組及其以上地層屬整體彎曲下沉帶，但受巨厚火成巖板支撐，其上部巖層并未隨之下沉，受自身重力和火成巖板拉伸共同作用，造成下石盒子組地層不均勻下沉，并在7煤頂板砂巖中形成拉伸破壞，從而形成離層。因該層砂巖自身就是弱含水層，加之四含水通過淺部露頭和火成巖裂隙對其緩慢補給，使離層內積水。當7煤層采動后，破壞了火成巖原有的應力平衡，并活動產(chǎn)生動力，在該動力作用下，壓擠離層，積水沖破了離層于7煤采動后導水裂隙帶間有限的隔水層，從而發(fā)生突水。該次突水事故是極復雜水文工程地質條件下發(fā)生的動力突水的特例。

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