Ⅱ—东110采区10煤层防治水技术研究

钱江美　钱长春

【摘 要】介绍我矿Ⅱ-东110采区水文地质情况及充水水源，分析充水水源的原因，提出防治水措施。

【关键词】含水层；构造；充水水源；突水系数分析；防治方法

0.采区水文地质概况

刘东煤矿Ⅱ-东110采区为下山采区，位于我矿井的南翼，蒙村背斜的东北侧，由于受蒙村背斜影响，区域内上部较陡，下部较缓，底板受上部水源补给充分，区域内受F16、F21、DF1、F（1+2）逆断层等切割，又受周围大断层影响，次生构造可能较发育。采区主要的含水层为10煤层顶、底板砂岩水，区域内断层也可能成为突水的通道。可能出现的陷落柱，而底板太原组灰岩水，是回采时防治主要的含水层。

1.采区充水因素分析及防治方法初探

1.1 10煤层顶板砂岩含水层

该地层也称二叠系山西组含水层，该含水层砂岩在我矿厚度6～8米，距10煤层顶板10～20米左右，粒度大，裂隙发育，施工的主、副延伸下山和10煤仓时都遇到这层砂岩，出水量都达到5～6m3/h，巷道施工时有一定影响。

防治方法：

该层砂岩水为静水量，可疏干，掘进、回采时，做好水沟清理工作和在低洼处安装完善的排水系统。就可防治顶板砂岩水。

Ⅱ东-10煤层底板5～9米处有一层灰色，中厚层状的，厚度约4～5米，裂隙较发育，掘进-475东轨道时也有8-10m3/h出水。预计掘进、回采时局部会有出水现象。

防治方法：

该层砂岩水也为静水量，也可疏干，掘进尽量少破底板，如出水时做好水沟清理工作和在低洼处安装完善的排水系统。就可防治顶板砂岩水。

1.2 F16、F21、DF1、F（1+2）逆断层可能引起出水

Ⅱ-东110采区南侧为F16正断层，受F16正断层切割，使断层对盘岩层上升，采区对盘为太原组灰岩或奥陶系灰岩。F21断层距离设计的采区较远，回采时不会受到影响，DF1断层落差较大，回采过程中，如断层受到破坏，也可诱发断层出水，Ⅱ-东110采区位于F（1+2）逆断层的下盘，采区下半区与F（1+2）逆断层相隔，上方为含水丰富的太原组灰岩，也可能引起突水。

防治方法：

首先根据中煤科工集团西安研究分院提供地面三维勘探资料断层位置，提前请矿大进行矿井瞬变电磁法，查清断层位置。

其次进行利用钻机对断层钻探，探明断层准确位置和漂移的方向。

再其次依据《煤矿防治水规定》附录三（二）、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设提供的公式，结合刘东矿实际情况进行设计，计算公式为：

L=0.5KM√3P/Kp……………………………………（1）

L：保护煤柱宽度，m；

K：安全系数，取2～5；

M：煤层厚度或采高，m；

Kp：煤抗拉强度，Mpa。

本井田采用98年中国矿业大学测定，10煤层抗拉强度为0.29MPa。留设好断层保护煤柱，确保安全回采。

1.3可能出现的陷落柱

根据中煤科工集团西安研究分院提供地面三维勘探资料，Ⅱ-东110采区范围内没有陷落柱存在，但不能完全排除三维勘探资料有偏差，我矿与刘桥第一煤矿同属刘西井田勘探区，地层、地质情况基本一样，刘桥第一煤矿生产过程中已经遇见9个陷落柱，我矿在北七也出现3个陷落柱，基本未出现出水现象。南翼为新区域，不排除有陷落柱的存在。

防治方法：

首先由矿大进行矿井瞬变电磁法，查清区域内是否有陷落柱存在，如有异常，进行钻探验证，查明陷落柱位置、大小，留设合理的保护煤柱。保证安全开采。

1.4 Ⅱ-东110采区底板太原组灰岩水

Ⅱ-东110采区为下山采区，位于我矿井的南翼蒙村背斜的东北侧，由于受蒙村背斜影响，区域内上部较陡，下部较缓，底板受上部水源补给充分。我矿-475东轨道巷实测10煤层距太原组灰岩47～52米，水压在4.8Mpa，地面灰岩水长观孔水位+10米。

掘进巷道，底板需要的隔水层厚度。

计算公式如下面：t=L（√r2L2+8KpP-rt）/4Kp

式中 p-底板隔水层水头压力，Mpa；

t-安全隔水层厚度（m）；

L-巷道底板宽度（m）；

r-底板隔水层的平均重度，MN/m；

Kp-底板隔水层平均抗拉强度，Mpa

计算资料来自-475钻孔实测和矿井现有资料。

t-安全隔水层厚度，m；

p-底板隔水层水头压力，4.8MpaL-巷道底板宽度，5m；

r-底板隔水层的平均重度，2.64*10-3MN/m3；

Kp-底板隔水层平均抗拉强度，1.08Mpa、得t=6.97m≈7m、47～52m>7m

根据计算结果，底板隔水层厚度需7米小于实测47～52m米，所以施工Ⅱ东-11001工作面运输巷道无构造时不会受到底板太原组灰岩水威胁。

回采工作面、式中： Ts=P/m

Ts—突水系数，MPa/m；

P—底板隔水层承受的水头压力，MPa；取最大值4.8+0.5（系数）=5.3；

M—底板隔水厚度，m；取47～52。

以上参数代入公式Ts1= 0.15（MPa/m）

Ts2=0.103（MPa/m）

根据计算回采工作面突水系数在0.15～0.103（MPa/m）远远超过淮北矿区回采工作面突水经验系数0.05MPa/m（不完整底板）～0.07MPa/m（不完整底板）。分析出回采Ⅱ东-110采区-475标高计算，易出水。

防治方法：（说明Ⅱ东-110采区工作面标高最低按-475米计算）

方案一、若保持现有水位高度，不降低水头压力，进行充填和改造底板隔水层厚度（三、四灰）。

根据Ⅱ东-110采区工作面突水系数的大小计算，隔水层厚度在78m以上，因此在现在的水压下设计改造太原组三、四灰。

方案二、若降低水头高度和进行充填、改造底板隔水层厚度（一灰～二灰）。

则改造一灰和二灰为隔水层，底板安全水压为2.62～3.96Mpa，则水头高度为降至-79～-213米。工作面充填开采，水头高度最少降低至65米，进行设计改造一灰～ 二灰。

方案三、若进行局部注浆改造底板异常区和进行充填，需要降低水头高度。

则进行局部注浆改造底板异常区和进行充填，（-475米的水压为4.8Mpa）底板安全水压2.0～3.0Mpa，水头高度为-165～-265米。

2.方案比较

方案一：缺点：对出水量较大的三、四灰全部进行加固改造。岩溶发育，注浆改造工作量大，费用高，难度大，投入大。优点：节省排水费用。

方案二：缺点：钻探及注浆，工程量相对较大，需要人力多，投入大。优点：相对时间短。产出效益快。

方案三：缺点，放水时间长、排水费用大。优点：注浆、工程量少，人力，投入少，为后期深部开采提供有利条件。

通过三个方案比较，建议先按采用方案三实施，加大放水量，如效果不明显则换成方案二。

3.存在问题和建议

（1）由于客观原因不能对一灰、二灰与三、四灰之间的水力联系做出科学正确的评价。

（2）根据其他矿和相邻矿经验得出，虽然进行底板注浆改造后效果明显，但验证钻孔仍然有出水现象。

（3）施工钻孔，加大疏放水量，降低10煤层底板水头水压 ，为安全回采有着积极的意义。