煤层顶板水害防治技术研究

谢成兴

[摘要]随着经济的发展，科学技术水平的提高，现我国煤炭开采的技术及工艺也得到了很大程度的提高。但是在煤矿开采的过程当中，经常出现煤层顶板因充水而使得煤矿开采因出现水害而停止施工的情况。文章以我公司开采的某煤矿为实例分析了煤层顶析充水的机理及水害形成的原因，并针对水害所产生的原因提出了相应的治理措施。

[关键词]煤层水害；充水机理；防治技术

[中图分类号]F407.21 [文献标识码]B [文章编号]1672-5158（2013）06-0303-01

0 引言

随着我国工农业生产的快速发展，现我国工农行业对于煤炭的需要求越来越大，但是现随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，现人们越来越重视有限资源的使用及开采，能源紧张的情况越来越明显。山西是我国煤炭生产结构当中的重要组成部分，对于山西煤矿的开采，国家尤为重视。因此对于影响煤炭开采的原因——煤层顶析水害的出现，我们必须将对其的重视度提高，以让煤炭的开采顺利进行，促进我国国民经济的发展。

1 矿井与煤层工程简介

本段煤层标为15号，其主井为斜进，坡度22°，长度达569m；其副井也为斜进，坡度23°40'，长度达502m。风井为立井，直径5.50m，深度为285m。15号煤层的上方为3号煤层，且与3号煤层底部的距离处91，18m到133，84m之间，平均距离为104.85m；与上层K2灰岩底的距离在3m以内，与下层O2灰岩顶的距离处14.50mgc 32.0m之间，平均距离为22.23m，煤层厚度在2.56m到6.00m之间平均厚度为4.22m，煤层稳定性较高，厚度变异系数22.24%。煤层的直接顶板为K2石灰岩或是泥岩，而老顶主要是K2石灰岩，底析主要是泥岩或是含黄铁矿的泥岩，部分是粉砂质的泥岩。煤层含4层以内的夹矸，多为泥岩或炭质泥岩，厚度处0.05m到0.93m间。厚夹矸大部分都在煤层的下疗，其含矸率平均为11.96%。15号煤层和3号煤层的中间地段大多数是含K2、K3、K4、K5、K6的含水层。

2 煤层顶板充水的工作机理

一般来说，在巷道挖掘或是采矿工作进行之后都会使得临空面得以形成。然而临空面其本身的应力就不稳定，在应力平衡关系被破坏以后，其会使得围岩发生变形或是位移，而这必然会使得矿空间得以形成或是产生新的导水通道，或是使得某种地质构造得以激活而加大了水害产生的可能性。简单来说，15号煤层顶板出现充水的工作机理主要是顶板岩层因开形而遭到破坏。

在进行回采之后，围岩都会产生变形或是发生位移，其实质是围岩在采矿位置的边界处释放了其应有的应用力，而对围岩的应力进行了重新分布，并改变了原有的力学平衡。若此时开采面方面覆岩的应力发生变化，那么下层围岩的应力分布情况及释放情况都会有所改变，然而这种改变会使得煤层的顶板岩层过早出现垮落，这样一来顶板岩层就会自然产生一个拉应力。在这种情况下，若外部的作用力大于岩层的承受力，那么顶板的覆岩就会产生离层、垮落、变形或是张裂等情况而使得新的导水通道得以形成导致水源进入煤层，使得煤层顶板出现充水情况。

3 煤层顶板复合水害形成的原因

煤层顶板复合水害形成的原因主要有以下几方面：第一是临空面的出现使得岩层出现变形与位移。矿井在巷道挖掘或是工作面进行回采之后自然就会形成临空面，而因上层煤层自身的重力及构造应力的作用，煤层的顶板就会受力百使得岩层发生变形或是位移。当此变形或是位移发展到一定程度时就会导致围岩遭到破坏出现垮落或是离层等现象，从而使得导水的通道形成致使水源进入导致水害形成。第二是开采方法及开采厚度所带来的影响。开采不断进行，开采的厚度就会加大，其空间也会增加，使得围岩变形的幅度加大，而这很有可能会导通与之相邻的充水含水层，从而使得水流直接注入顶板而形成水害。第三是顶板岩层本身的破裂或损伤。若煤层顶板在进行回采之后直接垮落了，那么整个顶板的抗压能力几乎为舍弃，对于上部岩层的重力其很难抵抗，而这就会使得煤壁的压力不断加大，从而导致煤层顶板出现水害的可能性增加。

4 治理煤层顶板复合水害措施

针对于煤层顶板充水的机理及复合水害的形成原因，我们可从以下方面来进行水害的治理：

第一，有针对性地编制防治水的预案及所要采取的措施。对于煤层顶析水害的防治工作，不仅需要规划的整体性，而且还需要工作机制的有效性，不然就算能解决表面的水害问题也不能彻底根治水害所产生的根本性问题。在这方面我们可建立相关的观测系统或是安装自动化的观测系统，以便及时了解煤层顶板的具体情况，做好水害的预防工作。

第二，煤矿开采的工艺及方法要不断完善。对于顶板管理要选择一些适当的方法以使岩层的移动能够减缓，从而使得导水裂隙带的高度得以降低。在挖掘工作面的下平巷时要根据其坡度来进行，使其在后其能够让水流自然通过以排放出去。若开采面为淋水面则要利用伪斜的方法来进行，同时还要注意老空侧的底板要低于煤壁侧，以避免支架被水流冲倒。另外还可通过增设防淋设施的方法来将开采面环境进行改善。若开采时出现水带，那么就要加快其开采速度，以使顶板上的水流人采空区内，避免煤层顶板出现复合水灾害。

第三，选择正确的探放水施工策略。根据本段煤层与3号煤层的关系，我们采取了进下排水的探放水施工策略，将所需要的钻孔都布置在了3号煤层的6采区北轨道巷的最北部横贯的交叉口处，预计将水放人慈林山的采空区内。在其他的煤层区可要根据其具体情况来选择正确的探放水施工策略。

第四，做好探放水施工前的准备工作。在开采工作进行之前，首先要对可能会出现充水的水源制定好探放水的相关策略，同时在出现充水情况时要切实做好探放水的工作，以使煤炭的开采能顺利进行；另外在探放水钻孔前，要对钻孔的出水量进行完善、落实以及做必要的预计，并根据所编制的方案准备好相应在的水泵电机、排水管路、临时水仓以及供电线路，以保证整个排水系统运行的安全性及稳定性。

第五，上层领导要提高对水害防治工作的重视度。不管是在思想上还是行动上，上层领导都必须认识到防治水害工作的重要性及必要性，切实落实有关水害防治措施并积极配合，以保证矿井的安全性。

5 结束语

煤层顶板出现复合水害会对煤矿的开采工作产生直接影响，不仅延误了工期而且也会影响到煤炭的开采量，因此对于煤层顶板的复合水害一定要进行治理。在治理方面不仅需要一套完善的治疗方案，而且还要提高相关的煤炭开采工艺与方法，与此同时还需要上级领导的重视，只有上下一心才能真正将顶板复合水害彻底治理，恢复煤矿开采工作，保证企业的经济利益，促进国民经济的发展。

参考文献

[1]薛建中，魏丹峰，王诗锐，薛冰，煤层顶板淋水防治技术探究[J]科技与企业，2012（14）

[2]张宝泰，权台煤矿；35128综放面综合防治水技术[J]煤炭科技，2009（02）

[3]任春辉，李文平，李忠凯，李磊，巨厚岩层下煤层顶板水突水机理及防治技术[J]，煤炭科学技术，2009（05）