“大井”法防治煤层顶板水

摘　要:通过对张庄煤矿矿井水文地质特征以及历年突水水源、突水规律的分析和研究, 提出采用“大井”法防治煤层顶板水;详细介绍了“大井”疏放煤层顶板水的基本原理和采掘工艺。该方法在实践中两年共疏放16 万m3 煤层顶板水,基本消除了采掘生产中的顶板水害,有效地保障了矿井的安全生产,对相似的水文地质条件矿井开采具有借鉴意义。

关键词:大井;煤层;顶板水;疏放水;突水事故

   　张庄井田位于淮北煤田闸河复向斜的中部。煤系地层为石炭二迭系。全区均被第四系冲积层所复盖。主要含水层(组) 有第四系含水层组;风化带含水组;石盒子组上段含水组;石盒子组下段含水组; 山西组含水组;太原组灰岩含水组。但各含水组之间的补给关系极其微弱。矿井开采的3、4、5 煤层均位于二迭系石盒子组下段含水组内,该含水组以砂岩为主,分布稳定,厚度大,裂隙发育,是矿井主要充水水源。自1960 年12 月投产以来,共发生中、小类型突水11 次,10 次突水水源为石盒子组下段含水组内砂岩裂隙水,其中3 煤层顶板砂岩裂隙水突水 9 次,占矿井突水次数的81. 8 %。

1 　“大井”法基本原理当矿井排水时,在矿井的周围就会形成以巷道系统为中心的具有一定形状的降落漏斗,与钻孔抽水时在钻孔周围形成降落漏斗的情况相类似,因而可以将巷道系统分布的范围假设为一个理想的大井。同样,当工作面煤层开采后,顶板垮落,影响到顶板含水层,含水层水便流向采空区,在采空区周围就会形成一个降落漏斗。随着时间的延续,降落漏斗的范围不断扩大,并向纵深发展,即在降落漏斗的相当范围内,顶板含水层的水位会降至其底板,这样相邻区段煤层顶板含水层水就被疏放,为工作面采掘生产消除了水患。相邻区段煤层开采后,“大井” 范围扩大,降落漏斗也进一步向纵深发展,逐步解放顶板水的威胁,达到防治水的目的。

2 　采区概述 Ⅱ1采区位于矿井二水平中部,东以FH3 逆断层为界,南至一水平东大巷煤柱,西和Ⅱ2采区相邻,北至FH6 断层煤柱。东西走向长1300 m ,南北倾斜宽 1200 m。整个采区为一宽缓倾伏背斜,轴向近似南北,向北倾伏,倾伏角为6°～12°,可采煤层为3 煤层,直接顶板为灰、深灰色泥岩,局部为砂质泥岩,厚为0. 4～15 m ,平均厚4. 9 m;老顶为灰、灰黑色细至中粒砂岩,厚10～15 m ,平均12 m ,分布稳定,裂隙发育,富水性强。一水平东大巷( Ⅱ1采区上部边界) 施工中揭露该层砂岩时曾发生两次突水,水量分别为38 m3/ h 和127 m3/ h ,两突水点相距280 m。

3 　“大井”位置的选择根据Ⅱ1采区地质及水文地质条件、煤层赋存状况,并结合采区相关巷道,同时考虑排水、通风、运输以及机电设备性能等,将“大井”即首采面布置在Ⅱ1 采区下部较低处,采用倾斜长壁全部垮落法开采,仰斜向上推进,放炮落煤,并在“大井”最洼处布置一条泄水巷道直通Ⅱ2扩大水仓,优化排水系统。

 4 　“大井”采掘工艺针对砂岩含水层具体特征,首采面机、风、切及泄水巷道均采用巷道中、下部钻眼爆破,然后用风镐刷顶的办法沿煤层顶板施工,目的是保持直接顶板 (隔水层) 的完整性和连续性。在机、风、切眼都与泄水巷道贯通后,依据各巷道揭露的地质资料,从机巷最洼点(泄水巷口) 开始,在小断层发育地段每隔30 ～50 m 的间距施工一个探放水孔,在小断层不发育地段按100 m左右的间距布置探放水孔,钻孔展布方向基本与采区主要构造节理组方向垂直,钻孔与煤岩层之间的夹角为50°～60°,目的是加长探放水孔在顶板砂岩含水层内的段距,以扩大疏水量,孔深则以全部揭穿3 煤层老顶砂岩(厚10～15 m) 为原则。施工中,仅4 个布置在小断层发育地段的钻孔出水量较大,单孔最大时达2. 5 m3/ h ,一天后,基本都减小至0. 5 m3/ h 以下,其余钻孔不仅出水量小, 而且很快干涸无水。回采期间,根据相邻采区同一煤层工作面矿压参数,布置炮眼时,三花眼的顶眼由一般工作面顶板下0. 5 m增大为0. 8 m ,药量减小为 3/ 4。采场支护使用DZ18 - 30/ 100 型单体液压支柱配合HDJA - 1000 型金属铰接顶梁,一梁一柱架设倾向棚,排距为1 m ,柱距为0. 55 m ,同时机、风巷道超前40 m 加强支护,支柱全部穿鞋。实际生产过程中,采场内仅在断层处和局部破顶处出现顶板砂岩裂隙水滴淋。该面不仅实现安全顺利开采,而且高产、稳产。

5 　“大井”疏放水效果 “大井”于2000 年11 月18 日开帮生产,推进45 m后,老顶垮落,采空区内出现不同程度的滴淋水, 开始水量为14. 8 m3/ h ,随着工作面向前推进,采空区范围扩大, 涌水量也不断增大, 最大时达 49. 0 m3/ h ,随后逐渐减小,2001 年5 月2 日工作面结束工作,同年6 月下旬以后,涌水量基本稳定在 6. 5 m3/ h。截止2002 年12 月31 日,“大井”共疏放3 煤层顶板砂岩裂隙水约160000 m3 ,目前“大井”西侧相邻区段已经开采,机、风、切揭露断层时,顶板滴淋水基本都出现在远离“大井”一侧,回采过程中,采空区内仅局部有滴淋水现象,而在采空区远离“大井”一侧有较大的滴淋水。表明该区段顶板砂岩裂隙水已被疏放。

6 　结　论 (1) 大量采掘生产表明,砂岩裂隙水在空间分布是不均匀的,且其分布和富集明显受地质构造条件控制。因此,应根据采区具体地质条件,科学布置 “大井”。 (2) “大井”能有效地疏放相邻区段煤层顶板含水层水,消除其水患,为采掘生产创造有利条件,提高单产单进,实现高产稳产。 (3) 采用“大井”疏放煤层顶板水能减小相邻区段施工时探放水工作量,降低劳动强度。