煤層頂板水害防治技術(shù)研究

謝成興

[摘要]隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術(shù)水平的提高，現(xiàn)我國煤炭開采的技術(shù)及工藝也得到了很大程度的提高。但是在煤礦開采的過程當中，經(jīng)常出現(xiàn)煤層頂板因充水而使得煤礦開采因出現(xiàn)水害而停止施工的情況。文章以我公司開采的某煤礦為實例分析了煤層頂析充水的機理及水害形成的原因，并針對水害所產(chǎn)生的原因提出了相應(yīng)的治理措施。

[關(guān)鍵詞]煤層水害；充水機理；防治技術(shù)

[中圖分類號]F407.21 [文獻標識碼]B [文章編號]1672-5158（2013）06-0303-01

0 引言

隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，現(xiàn)我國工農(nóng)行業(yè)對于煤炭的需要求越來越大，但是現(xiàn)隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，現(xiàn)人們越來越重視有限資源的使用及開采，能源緊張的情況越來越明顯。山西是我國煤炭生產(chǎn)結(jié)構(gòu)當中的重要組成部分，對于山西煤礦的開采，國家尤為重視。因此對于影響煤炭開采的原因——煤層頂析水害的出現(xiàn)，我們必須將對其的重視度提高，以讓煤炭的開采順利進行，促進我國國民經(jīng)濟的發(fā)展。

1 礦井與煤層工程簡介

本段煤層標為15號，其主井為斜進，坡度22°，長度達569m；其副井也為斜進，坡度23°40'，長度達502m。風井為立井，直徑5.50m，深度為285m。15號煤層的上方為3號煤層，且與3號煤層底部的距離處91，18m到133，84m之間，平均距離為104.85m；與上層K2灰?guī)r底的距離在3m以內(nèi)，與下層O2灰?guī)r頂?shù)木嚯x處14.50mgc 32.0m之間，平均距離為22.23m，煤層厚度在2.56m到6.00m之間平均厚度為4.22m，煤層穩(wěn)定性較高，厚度變異系數(shù)22.24%。煤層的直接頂板為K2石灰?guī)r或是泥巖，而老頂主要是K2石灰?guī)r，底析主要是泥巖或是含黃鐵礦的泥巖，部分是粉砂質(zhì)的泥巖。煤層含4層以內(nèi)的夾矸，多為泥巖或炭質(zhì)泥巖，厚度處0.05m到0.93m間。厚夾矸大部分都在煤層的下療，其含矸率平均為11.96%。15號煤層和3號煤層的中間地段大多數(shù)是含K2、K3、K4、K5、K6的含水層。

2 煤層頂板充水的工作機理

一般來說，在巷道挖掘或是采礦工作進行之后都會使得臨空面得以形成。然而臨空面其本身的應(yīng)力就不穩(wěn)定，在應(yīng)力平衡關(guān)系被破壞以后，其會使得圍巖發(fā)生變形或是位移，而這必然會使得礦空間得以形成或是產(chǎn)生新的導水通道，或是使得某種地質(zhì)構(gòu)造得以激活而加大了水害產(chǎn)生的可能性。簡單來說，15號煤層頂板出現(xiàn)充水的工作機理主要是頂板巖層因開形而遭到破壞。

在進行回采之后，圍巖都會產(chǎn)生變形或是發(fā)生位移，其實質(zhì)是圍巖在采礦位置的邊界處釋放了其應(yīng)有的應(yīng)用力，而對圍巖的應(yīng)力進行了重新分布，并改變了原有的力學平衡。若此時開采面方面覆巖的應(yīng)力發(fā)生變化，那么下層圍巖的應(yīng)力分布情況及釋放情況都會有所改變，然而這種改變會使得煤層的頂板巖層過早出現(xiàn)垮落，這樣一來頂板巖層就會自然產(chǎn)生一個拉應(yīng)力。在這種情況下，若外部的作用力大于巖層的承受力，那么頂板的覆巖就會產(chǎn)生離層、垮落、變形或是張裂等情況而使得新的導水通道得以形成導致水源進入煤層，使得煤層頂板出現(xiàn)充水情況。

3 煤層頂板復(fù)合水害形成的原因

煤層頂板復(fù)合水害形成的原因主要有以下幾方面：第一是臨空面的出現(xiàn)使得巖層出現(xiàn)變形與位移。礦井在巷道挖掘或是工作面進行回采之后自然就會形成臨空面，而因上層煤層自身的重力及構(gòu)造應(yīng)力的作用，煤層的頂板就會受力百使得巖層發(fā)生變形或是位移。當此變形或是位移發(fā)展到一定程度時就會導致圍巖遭到破壞出現(xiàn)垮落或是離層等現(xiàn)象，從而使得導水的通道形成致使水源進入導致水害形成。第二是開采方法及開采厚度所帶來的影響。開采不斷進行，開采的厚度就會加大，其空間也會增加，使得圍巖變形的幅度加大，而這很有可能會導通與之相鄰的充水含水層，從而使得水流直接注入頂板而形成水害。第三是頂板巖層本身的破裂或損傷。若煤層頂板在進行回采之后直接垮落了，那么整個頂板的抗壓能力幾乎為舍棄，對于上部巖層的重力其很難抵抗，而這就會使得煤壁的壓力不斷加大，從而導致煤層頂板出現(xiàn)水害的可能性增加。

4 治理煤層頂板復(fù)合水害措施

針對于煤層頂板充水的機理及復(fù)合水害的形成原因，我們可從以下方面來進行水害的治理：

第一，有針對性地編制防治水的預(yù)案及所要采取的措施。對于煤層頂析水害的防治工作，不僅需要規(guī)劃的整體性，而且還需要工作機制的有效性，不然就算能解決表面的水害問題也不能徹底根治水害所產(chǎn)生的根本性問題。在這方面我們可建立相關(guān)的觀測系統(tǒng)或是安裝自動化的觀測系統(tǒng)，以便及時了解煤層頂板的具體情況，做好水害的預(yù)防工作。

第二，煤礦開采的工藝及方法要不斷完善。對于頂板管理要選擇一些適當?shù)姆椒ㄒ允箮r層的移動能夠減緩，從而使得導水裂隙帶的高度得以降低。在挖掘工作面的下平巷時要根據(jù)其坡度來進行，使其在后其能夠讓水流自然通過以排放出去。若開采面為淋水面則要利用偽斜的方法來進行，同時還要注意老空側(cè)的底板要低于煤壁側(cè)，以避免支架被水流沖倒。另外還可通過增設(shè)防淋設(shè)施的方法來將開采面環(huán)境進行改善。若開采時出現(xiàn)水帶，那么就要加快其開采速度，以使頂板上的水流人采空區(qū)內(nèi)，避免煤層頂板出現(xiàn)復(fù)合水災(zāi)害。

第三，選擇正確的探放水施工策略。根據(jù)本段煤層與3號煤層的關(guān)系，我們采取了進下排水的探放水施工策略，將所需要的鉆孔都布置在了3號煤層的6采區(qū)北軌道巷的最北部橫貫的交叉口處，預(yù)計將水放人慈林山的采空區(qū)內(nèi)。在其他的煤層區(qū)可要根據(jù)其具體情況來選擇正確的探放水施工策略。

第四，做好探放水施工前的準備工作。在開采工作進行之前，首先要對可能會出現(xiàn)充水的水源制定好探放水的相關(guān)策略，同時在出現(xiàn)充水情況時要切實做好探放水的工作，以使煤炭的開采能順利進行；另外在探放水鉆孔前，要對鉆孔的出水量進行完善、落實以及做必要的預(yù)計，并根據(jù)所編制的方案準備好相應(yīng)在的水泵電機、排水管路、臨時水倉以及供電線路，以保證整個排水系統(tǒng)運行的安全性及穩(wěn)定性。

第五，上層領(lǐng)導要提高對水害防治工作的重視度。不管是在思想上還是行動上，上層領(lǐng)導都必須認識到防治水害工作的重要性及必要性，切實落實有關(guān)水害防治措施并積極配合，以保證礦井的安全性。

5 結(jié)束語

煤層頂板出現(xiàn)復(fù)合水害會對煤礦的開采工作產(chǎn)生直接影響，不僅延誤了工期而且也會影響到煤炭的開采量，因此對于煤層頂板的復(fù)合水害一定要進行治理。在治理方面不僅需要一套完善的治療方案，而且還要提高相關(guān)的煤炭開采工藝與方法，與此同時還需要上級領(lǐng)導的重視，只有上下一心才能真正將頂板復(fù)合水害徹底治理，恢復(fù)煤礦開采工作，保證企業(yè)的經(jīng)濟利益，促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。

參考文獻

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