淺埋深_薄基巖_厚松散含水層下煤層綜合機械化開采防治水技術應用

1、文章編號：!+.7(!/（+.）+.7+,(7+,淺埋深、薄基巖、厚松散含水層下煤層綜合機械化開采防治水技術應用張文義# 神華集團神東煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯+!/+(摘 要：神東煤炭公司大柳塔礦 !.+. 工作面煤層埋深淺，上覆基巖薄、松散含水層厚，且地表有河流橫過$ 工作面長度 .+，推進度 , (+，其中薄基巖富水段 !)+ ?/.,；?%,$(/文獻標識碼：神東煤炭公司大柳塔煤礦位于陜西省神木縣，是 國 家 煤 炭 行 業(yè) 特 級 高 產 高 效 礦 井 ， 井 田 面 積!#$% &，地質儲量 !$() 億 *，礦井設計生產能力#+ 萬 *。+! 年生產原煤 (,+ 萬 *

2、，礦井實現(xiàn)一井 一 面 布 置 ， 綜 采 工 作 面 條 帶 式 布 置 ， 走 向 長 度 +-) (+，傾向長度為 .+；+ 年完成生產煤炭 ! +)+ 萬 *，主要接續(xù)工作面為 !.+、!.+,、!.+.、!.+) 面 ，. 個 工 作 面 上 部 均 經 過 地 面 母 河 溝（溝流量 /+, 0 *），且母河溝段上覆基巖薄只有!/-,， 含 水 層 厚 度 較 厚 -!.$/， 工 作 面 采 高,$)。據以往同類條件下的 !+, 工作面開采經驗， 曾發(fā)生過工作面潰水潰沙事故，造成很大的經濟損 失，為此 !.+ 和 !.+, 工作面均采用了留設保水 煤柱綜采面搬家跳采的辦法過薄基巖

3、富水區(qū)。而!.+. 工作面開采，在經過補充勘探、詳細了解地質 及水文地質條件、制定嚴密防治水措施的情況下， 工作面回采安全地通過了母河溝，使得科學防治水 措施取得了顯著的經濟效益。對神東礦區(qū)類似條件 下的煤層開采取得了保貴的經驗，防治水技術應用 前景廣闊。故必須具備 . 個條件：!有充足的飽和含水沙層（沙層為中細粒級，極易液化流動）；有充足的過水通 道（冒落帶）；#有足夠的水沙容納空間（采空區(qū)及回 采工作面）；$促進水沙液化的初動力（在重力作用 下的水沙流動及工作面頂板采動冒落導致的水沙液 化）。同時具備上述條件，才會導致水沙潰入工作面。工作面潰水潰沙的特點：根據開采規(guī)程1!2，神東 礦區(qū)頂板

4、主要為中硬砂巖（抗壓強度 +-.+345）， 冒落帶高度 !6（#7$ ）0（1 % 7!）89:%2，煤層傾角 % 近水平，采高按 , 計算，碎脹系數 % 一般為 !$!)， 由防潰水潰沙煤巖柱 !&6!;,（ 為采高），計算得 出防潰水潰沙煤巖柱高度為 (，因此對開采煤層 上覆基巖小于 ,+ 區(qū)域為防治工作面潰水潰沙的 研究對象。老頂的冒落形態(tài)對潰水潰沙發(fā)生有直接聯(lián)系， 工作面支架前方切頂，工作面回采至周期來壓的位 置時，由于壓力集中，支架前方工作面煤壁上方可能 發(fā)生切頂現(xiàn)象，導致潰水。對于工作面支架后冒落， 隨著工作面的推采，采空區(qū)形成切落式冒落，需經驗 數據及模擬實驗并結合現(xiàn)場地質情況

5、分析，切落式 冒落發(fā)生時，在巖石冒落初期，由于撓曲張力作用， 裂隙呈上寬下窄的張合狀態(tài)，裂隙面呈波狀和矩形 齒狀咬合，工作面頂部巖石在重力作用下冒落錯動 后，一般呈上合下張的裂隙帶；裂隙面水平方向上一 般為波狀，垂直方向一般為矩形齒狀。若垂向裂隙帶 發(fā)育，則裂縫較窄，冒落巖石矩形齒狀呈搭接狀，從 而起到隔沙的效果。當上部巖石呈切落式冒落或切 落式斷裂而波狀起伏，凹凸不平時，均可能形成導水 通道，從而形成局部小范圍的潰沙。另外，當松散砂礦井潰水潰沙的形成條件及特點根據歷年神東礦區(qū)工作面潰水潰沙事故的研 究，結合流體動力學原理，工作面發(fā)生潰水潰沙事!作者簡介：張文義（!(#(），男，!( 年畢業(yè)于

6、山西礦業(yè)學院，大學本科，煤田地質勘探專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)任神東地測公 司副總工程師，曾發(fā)表過淺層折射法在神木北部礦區(qū)的 應用及效 果等數篇論文。收稿日期：+,7+(7!/責任編輯：葛曉云中 國 煤田 地 質第 ! 卷#$體底部較厚的礫石層時，潰水可能性較大，潰沙則不太可能。 水沙潰入時，下部含水層以側向補給水為主，而補沙較少，垂直方向上以補沙為主，因此，即使松散 沙體較厚，潰水潰沙時，也將很快在地表出現(xiàn)漏斗 坑。潰入的水沙主要是在水動力條件下使水沙液化 而進入采空區(qū)的，因此在回采前將松散含水層厚度 降低到一定程度，可防止沙層液化，從而可以大大限 制水沙的大量潰入。)加強支護。由于過溝段基巖薄，

7、為了避免綜采工作面回采時頂板切斷式垮落，對兩順槽采取架棚、 掛網、打錨索及加鋼梁等加固措施，并在支架掩護梁 前加土工布和鋪網，以防水沙潰入。*地面打孔注漿。共施工注漿鉆孔 & 個，注入 水泥 /#3，局部注漿影響半徑可達到 $(。對基巖最 薄處的富水區(qū)域進行了注漿，固結上覆松散層，防止 砂層流動。+降低采高及放慢回采速度。過溝時工作面回 采適當降低采高，留部分頂煤，及時移架，采至母河 溝富水區(qū)邊緣時放慢了回采速度，使含水層水量提 前釋放，在古河床溝谷中加快了推進速度。礦區(qū)淺埋深、薄基巖、厚松散含水層下煤!層綜合機械化開采的防治水技術大柳塔礦 !#$# 工作面強過母河溝防治水安全 技術措施分以下

8、幾方面。!物探與鉆探結合。利用二維地震淺層折射法 和鉆孔結合（共施工了二維地震線 % 條，總物理點& 個，基巖探測孔 ! 個）。進一步探明了古河床的 發(fā)育展布，修正了該區(qū)的基巖厚度等值線、松散層厚 度等值線以及含水層厚度。地表母河溝明流引流工程。地面母河溝上游 建 砼 擋 水 壩 ， 將 上 游 河 流 攔 截 ， 并 安 設 導 水 管（#!()* 管） 條，將溝流明水通過管道導入下 游排走。$地面挖泄洪渠。由于回采時間正值雨季，母河 溝是本區(qū)較大的泄洪渠，據實測資料記載，最大洪峰 流量約 ! &$(% + ,，為了防治洪水通過采空區(qū)裂隙通 道進行井下，造成水害，在地面挖泄洪渠一條（寬!(，

9、深 $-.(，渠底用風筒布鋪設以防止?jié)B水）將上游 洪水引到下游。%疏降含水層。在松散層富水區(qū)地面施工抽水 井 !% 個（孔徑 #/$(），排水量為 #(% + ,，共抽出 地下潛水 &$ .(%。& 增 強 井 下 了 排 水 能 力 。 施 工 % 個 強 排 孔（#&$(），排水能力達到 %$ (% + ,，排出地面的井 下水用 #!( )* 管引到下游。提前進行探放水。井下兩順槽及聯(lián)巷共施工%# 個泄水孔 #!$.(，在順槽沿工作面方向以 /&01$2 方 向 打 至 沙 礫 含 水 層 終 孔 ， 井 下 泄 放 水 量 為 &(% + ,，共排泄地下水 &! 1%(%；同時施工了 個

10、直 通式泄水孔，排泄地下水 ! &(%；工作面兩順槽共 設 % 個 !$(% 的 集 中 水 倉 ， 總 排 水 能 力 達 到 &$ (% + ,。(水文地質觀測。為了掌握疏放水效果，在地面 施工了 個水文觀測孔，作為觀測地面抽水、井下泄 水的水位降，以便及時調整防治水方案。應用效果大柳塔礦 !#$# 工作面母河溝段薄基巖富水區(qū)#長 度!&$(， 未 疏 放 水 前 地 下 水 靜 貯 水 量 為& %$%(%，由于側向補給量大，近 個月的時間抽、泄水總量為 . !%(%，工作面過溝時含水層水位由 平均 .( 降到 %(，靜貯水量降為 $&#(%，說明期間 排 、 泄 靜 貯 水 量 !/

11、&$(%， 側 向 逕 流 補 給 量 為.! .1%(%。疏放水前預計工作面過薄基巖富水區(qū)時 工作面涌水量為 %.# (% + ,，實際過溝時最大涌水量 只為 !%&(% + ,，證實了疏放水效果明顯，防治水技術 應用正確，為礦井安全生產提供了技術保障。大柳塔礦 !#$# 工作面母河溝 薄 基 巖 段 壓 煤!. 萬（3 可采出煤量 !/ 萬 3）。若留煤柱跳采4需重新 開 切 眼 、 輔 助 切 眼 和 回 撤 通 道 等 井 巷 工 程 量 約! $(，初步估算約 #$ 萬元；工作面搬家需停產 15 時間，按生產 % 萬 3 + 5 考慮，要少生產 ! 萬 3 煤炭， 設備回撤和安裝費用

12、約 $ 萬元，煤銷售價按 1& 元 + 3 考慮，跳采損失總費用約 % $ 萬元。而應用綜合防治水技術措施4 投入疏放水工程 費用為 !.$ 萬元，井下支護和地面引流等工程費用 約 .$ 萬元，地面搬遷、公路修復等補償約 #$ 萬元， 共計發(fā)生 /$ 萬元，比跳采節(jié)約 #$ 萬元。根據本次防治水技術經驗的推廣應用，$% 年 大柳塔礦 !#$& 綜采工作面同樣安全回采通過了母 河溝段薄基巖富水區(qū)，補連塔礦 %!%$# 綜采工作面 安全回采通過了沙河溝水庫。本次淺埋深、薄基巖、厚含水層下煤層綜合機械 化安全開采防治水技術措施的合理應用，不僅提高 了生產效益和資源回收率，而且對疏放水還進行了 綜合利

13、用，一部分用于井下重復利用，另一部分輸入 供水廠進行凈化處理后做為生活用水。對神東礦區(qū) 類似條件下的煤層開采取得了保貴的經驗，對淺埋- 期張文義：淺埋深、薄基巖、厚松散含水層下煤層綜合機械化開采防治水技術應用-深薄基巖厚含水層同類條件下煤層綜合機械化開采總結出一套科學的行之有效的防治水措施，解放 了“三下”壓煤，提高了資源回收率，其應用前景廣 闊，社會效益顯著。參考文獻&!#國家煤炭工業(yè)局$ 建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤 開采規(guī)程!%#$ 北京：煤炭工業(yè)出版社 )UUU$!)#王雙明主編$鄂爾多斯聚煤盆地煤炭資源!%#$北京：煤炭工業(yè)出版 社，(*$!,#賈喜榮$礦山巖層力學!%

14、#$北京：煤炭工業(yè)出版社，(J$8=()*+:)%- +-# .*: %. ?+:$ 6%-:$%( /*0-)3 )- A3( 7*0+-)B# 7)-)-& )- ,0+(%6%+( ,+C 3-#$ + /0)*1 D%4-# 83).$ ):0 + /0)- E#$%*1F ,0-#%-& 7)-)-& 8$+01634 V=3E/7W1=3A234 :26; :26 FD2G XDA2B 33=D %2342;/6 UJ)U(K894:$+*C& L1= )-U- N2D5/34 M6P= 2M Y6;/C6 :26;/3= W1=3A234 :26; :2D/=A P26; B=6

15、3A=D 6C1/P5 ;22B=3=A 6Q/M=D N/C1 6 C1/3 ?=AD2P5 63A 6 BDM6P= D/R=D G6BB 6PD2BB C1= P26;/3= 7N2D5/34 M6P= ;=34C1 )-U ;=34C1 2M CD6R=; ,(UU 6234 C1= CD6R=; /B IUDG2B= 2M PC A2N3 3?=D 2M D=PC/R= ?=3=M/C 6A2GC=A N6C=D P23CD2; D=B 2M BDM6P= AD6NZ2MM 3A=D4D23A AD6/364= 63A BDM6P= /3=PC/23 M2D ;22B= D2P5 P

16、23B2;/A6C/23 M/36;E C1= N2D5/34 M6P= G6BB=A C1D241 C1= % /R=D$ L1= 6GG;/P6C/23B 2M C1/B N6C=D P23CD2; =C12A 16B D=2A=;=A C1= G/;6D =C12A 63A B5/G 2R=D ;E =P163/9=A /3/34 B6M=CE =G=D/=3P= 2M /3/34 /3 B16;2N P26; B=63A=D 6 C1/P5 ;22B=3=A 6Q/M=D N/C1 C1/3 ?=AD2P5$ :2CC/34 A2N3 63A B5/G 2R=D /3C1= G6BC

17、C1= 3=N =C12A P63 B6R= P2BC 2M D=2R6; )- 63 B2 C1= =P232B$;=T C1/P5 6Q/M=DT B16;2N P26; B=6 N/C1 C1/3 ?=AD2P5T W1=3A234 /3/34 6D=6aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa（上接第 ,* 頁）防治措施巖漿在煤系地層中順層侵入的過程中，對圍巖 產生的擠壓和牽引力造成圍巖局部破碎，對周圍環(huán) 境產生的負壓抽吸作用，使之富集大量的靜態(tài)水，形 成一種片

18、狀的含水層。由于這類含水層發(fā)育不均一， 往往被勘探單位所忽視，也難引起設計部門的重視， 但是當采動裂隙影響到該層位時，有可能造成回采 工作面的突水事故。因此，在存在巨厚火成巖侵入的 煤層中設計回采工作面時應充分考慮該層水的防治 問題，采取相應的防治措施。!根據工作面突水機理，合理控制采高，縮小導 水裂隙帶高度，盡量避免導水裂隙帶與侵入裂隙溝 通。堅持先探后采的原則，在工作面投產前，實施頂板電法坑透，查明煤層頂板侵入裂隙帶富水規(guī)律， 對于強富水區(qū)提前疏放，以降低工作面回采后的突 水強度。#實行三巷掘進，即施工專用泄水巷與機巷各 可能積水的洼點溝通，使工作面具備自流排水條件， 實現(xiàn)煤水分流。!參考文獻：!#沈繼方，于青春，胡章喜$礦床水文地質學!%#$ 北京&中國大學地質出版社()$!)# 龐渭舟劉維周$煤礦水文地質學!%#$北京&煤炭 工 業(yè) 出 版 社(*+$!,#柴登榜$礦井地質工作手冊!%#$北京&煤炭工業(yè)出版社(*-$!#$%&%(%&)*+( ,)&-).)*+-* %. /0)*1 2&-%34 5%*14 )- 6%+( 7+43$4./ 01