卧龙湖矿顶板砂岩水区域性转移规律实测研究

焦殿志

(皖北煤电集团卧龙湖煤矿，安徽省淮北市，235100)

★ 煤炭科技·开拓与开采★

卧龙湖矿顶板砂岩水区域性转移规律实测研究

焦殿志

(皖北煤电集团卧龙湖煤矿，安徽省淮北市，235100)

针对皖北卧龙湖煤矿北一采区顶板K3砂岩水漏失引起工作面异常出水问题，通过对实测水量及工作面开采条件的分析，研究了北一采区顶板K3砂岩水随开采区域尺寸扩大而区域性转移的规律。结果表明，北一采区工作面涌水总量随采动区域的扩大呈现下降趋势，新回采工作面涌水量增大的同时，邻近已采工作面涌水量明显减小，且在水流区域转移开始时间与工作面走向开采尺寸增大的时间同步，8102工作面开始涌水位置与工作面宽度增大位置几乎一致，距离切眼约110 m。研究认为卧龙湖矿顶板K3砂岩水漏失后以原出水点为源头，随开采区域尺寸增大和顶板裂隙的发育，以采空区为主通道，向位于深部的新开采工作面进行区域性转移，引起工作面的异常出水。研究结果可为采区后续顶板水害防范提供参考。

涌水量 顶板水害防治 顶板裂隙发育 砂岩水区域转移 卧龙湖煤矿

顶板水害防治一直是煤矿五大灾害防治的重点。开展有效水害防治的基础首先是准确探测致灾水源及其赋存特性，其次要掌握受采动影响下采动裂隙的发育特征，即诱发水害的必然通道，最后基于对致灾水源和采动导水裂隙的控制达到防治水害的目标。其中，采动裂隙发育演化特征的掌握及其控制是水害防治的关键，一些异常水害的发生往往是由于未提前获知特殊条件下的采动裂隙发育及其演化规律，本文基于卧龙湖煤矿8101工作面采动过程中瓦斯钻孔破坏引发工作面突水的案例，通过长期监测采区涌水量的变化特征，揭示顶板含水层在工作面内进行区域性转移的规律，为后期工作面涌水预测及水害防治提供参考。

1 采区工作面开采地质条件

1.1 开采条件

卧龙湖煤矿北一采区主采8#煤层，共设计5个回采工作面，目前8101工作面、8102工作面已回采完毕。采区工作面布置平面图如图1所示。

其中8101工作面宽度为155 m，采高3.1 m，平均煤层倾角5°。8102工作面分为里、外两段，工作面里段宽度为153.3 m，推进距离为123.7 m；工作面外段宽度为230 m，推进距离为419.8 m，采高3.8 m，平均煤层倾角5°。工作面下区段巷道采用沿空留巷方式布置。

1.2 水文条件

开采区域地层中含水层划分为第三、四系松散层孔隙含水层、二叠系煤系砂岩裂隙含水层和煤系下伏灰岩岩溶裂隙含水层。第三、四系松散层共分为4个含水层和3个隔水层，松散层底部的第四含水层底板平均埋深为233.8 m，以粘土夹砾石为主，富水性弱；二叠系煤系砂岩裂隙含水层共划分为3个含水层和4个隔水层，含水层中3#煤层上、下砂岩(K3)裂隙含水层以灰白色中、粗砂岩为主，平均厚度为27.7 m，距离8#煤层约160 m，局部构造裂隙发育、富水性较强； 5#煤层上、下砂岩裂隙含水层以中、细砂岩为主，平均厚度为13.5 m，距6#煤层约58 m，局部裂隙发育，富水性中等； 6#～8#煤层上、下砂岩裂隙含水层局部砂岩裂隙发育，含水性较弱。

2瓦斯孔出水情况

2.1 瓦斯孔位置

8101工作面为卧龙湖煤矿北一采区首采工作面，回采的8#煤层为煤与瓦斯突出煤层，工作面宽度155 m，设计工作面运输巷长600 m，回风巷长637.7 m，采高3.1 m，平均倾角5°。为抽采8101工作面采空区瓦斯，减小回采时的瓦斯突出威胁，在距切眼80 m、距回风巷53 m处施工地面1#瓦斯抽采孔，终孔深度为531 m，孔底距离8#煤层顶板8.71 m。钻孔平面位置见图2。

图2 8101工作面瓦斯孔位置

2.2 8101工作面出水情况

8101工作面自2012年7月5日开始回采，9月5日经过地面1#瓦斯抽采孔。9月15日之前，工作面正常涌水量为2～4 m3/h。9月16日夜班，工作面推进至经过抽采孔20 m时工作面涌水量增大为15 m3/h，此时工作面累计推进约100 m，9月16日中班，涌水量增大至25 m3/h，9月16日19时，涌水量达40 m3/h，随后最大涌水量由50 m3/h(9月19日)快速增加到429 m3/h(9月24日)。8101工作面涌水量变化曲线见图3。

图3 8101工作面涌水量变化曲线

由于工作面上覆K3砂岩含水层距离煤层约160 m，根据工作面采高和岩性条件判断，在采高3.1 m的情况下，按照国家规程中的经验公式计算工作面采动后导水裂隙发育高度为42～45 m，远未波及该强含水层。但是在实际开采过程中，当工作面刚推过地面瓦斯钻孔约20 m时，却出现了工作面大量出水，出水水源为K3砂岩水。后通过钻孔窥视仪探视结果、岩层结构分析认为，覆岩中典型厚硬关键层破断引起其所控制的大范围岩层整体移动造成瓦斯钻孔套管多段拉断破坏，抽采钻孔成为直接沟通K3砂岩含水层和下部导水裂隙带的主通道，是引发工作面持续突水的主要原因。因岩层破坏范围大，水量丰富，虽在涌水量大增后进行了注浆封堵，但是效果有限，在注浆治理停止时工作面涌水量依然保持在346.9 m3/h。

3 顶板水随工作面开采的转移特征

在8101工作面回采发生突水之后，对涌水量进行了持续的观测，矿井的涌水量变化曲线如图4所示。

由图4可以得出，矿井总的涌水量受8101工作面突水影响较大，在突水量较大期间，矿井总涌水量突增，并随着8101工作面涌水量的减小而下降。北一采区涌水量主要由8101工作面涌水量和8102工作面涌水量组成，在仅回采8101工作面的情况下，其涌水量总和即等于该工作面的涌水量。在8101工作面回采出水至回采结束期间，涌水量总体上呈现快速下降趋势，并在8101工作面回采结束至8102工作面回采之前，平均维持在178 m3/h。虽然从采掘布局上看，8102工作面为8101工作面的相邻工作面，但因矿井年产量较小，仅仅需要一个工作面即可满足产量要求，因此在8101工作面开采结束到8102工作面回采巷道准备期间，该采区没有工作面开采，时间间隔约1年。在采区没有工作面回采期间，由8101测水点测的采区涌水量持续维持在178 m3/h左右。

在8102工作面回采的初期阶段(里段)，采区总涌水量并未发生较大变化，在工作面回采至外段工作面宽度增大位置附近时，顶板移动和破坏程度增大，8102工作面涌水量开始显著增加，与此同时8101工作面测水点监测的出水量明显减小，而两个工作面的总涌水量仅仅增加15～20 m3/h，这与煤层顶板一定范围内涌出的裂隙水有关。工作面涌水量随采动区域的扩大呈现下降趋势，新回采工作面涌水量增大的同时，邻近已采工作面涌水量明显减小，且在水流区域转移开始时间与工作面走向开采尺寸增大的时间同步，8102工作面开始涌水位置与工作面宽度增大位置几乎一致，距离切眼约110 m，且明显超前于8101工作面发生出水的位置，工作面出水主要表现为中下部顶板淋水、下部平行超前架棚支护段顶板淋水以及采空区涌水，其中以采空区出水量为主，说明K3砂岩水在发生转移的过程中存在从8101工作面顶板一定高度向煤岩层深部区域渗透的可能。由于水流形成了新的涌出通道，所以在8101工作面出水监测点的水量明显减小。回采结束阶段，8102工作面的涌水量和8101测水点的涌水量基本保持稳定，两个工作面出水量总和基本保持不变。

综上分析认为，随采动影响，采区涌水具有区域性变化规律，主要存在以下特征：

(1)北一采区工作面涌水总量随采动区域的扩大呈现下降趋势。

(2)新回采工作面涌水量增大的同时，邻近已采工作面涌水量明显减小。

(3)出水量仍以采空区出水为主，但是顶板淋水范围会随着煤层倾角的变化而变化，倾角小时顶板淋水范围可能适当扩大，倾角大时，标高低的巷道超前架棚段顶板淋水会增大。

研究认为，卧龙湖矿顶板K3砂岩水漏失后，以原出水点为源头，随开采区域尺寸增大和顶板裂隙的发育，以采空区为主通道，向位于深部的新回采工作面进行区域性转移，引起工作面的异常出水。基于对顶板水区域性转移规律的掌握，可以预先在出水点设置临时水仓或加强自然排水。而由于卧龙湖煤矿采用沿空留巷方式布置回采巷道，也一定程度上增加了水流在采空区之间的转移，因此，若采用沿空掘巷方式，可一定程度限制水流的区域性转移，减小新采工作面的涌水量。

图4 矿井涌水量变化曲线

4 结论

(1)卧龙湖矿北一采区持续出水的水源为8101工作面瓦斯孔破坏后导通的顶板K3砂岩水。采区的涌水总量整体呈缓慢下降趋势，与开采区域扩大后裂隙储水和岩层吸水有关。

(2)地层倾角的存在和工作面之间采用沿空留巷的布置方式使得K3砂岩水可以长期向采区深部渗流转移。

(3)顶板水具有明显的区域性转移特征，使得回采工作面涌水经历“无水—增大—稳定”的过程，在下一个相邻工作面回采至一定距离后发生下降和转移，具有与上一个工作面类似的特征。掌握水流的区域性转移规律，可为回采工作面顶板水害防治提供参考。

[1] 武强.煤矿防治水手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003

[2] 许家林.岩层采动裂隙演化规律与应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2016[3] 王晓振，许家林，朱卫兵. 主关键层结构稳定性对导水裂隙演化的影响研究[J]. 煤炭学报，2012(4)

[4] 许家林，朱卫兵，王晓振.基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法[J].煤炭学报，2012(5)

[5] 刘存玉. 综合防治水技术在梧桐庄矿的研究与应用[J]. 中国煤炭,2009(12)

[6] 翟晓荣，彭涛，吴基文. 地面瓦斯抽放孔诱发工作面顶板突水机理[J].煤矿安全，2014(6)

[7] 国家煤炭工业局. 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M]. 北京：煤炭工业出版社，2000

[8] 刘宗族.卧龙湖煤矿8煤层采动覆岩破坏移动演化规律研究[D].安徽建筑大学，2014

[9] 赵其林. 超前综合探水技术在煤矿的应用[J]. 中国煤炭,2013(5)

(责任编辑 郭东芝)

FieldresearchonregionaltransferlawofsandstonewaterfromroofinWolonghuCoalMine

Jiao Dianzhi

(Wolonghu Coal Mine, Wanbei Coal-Electricity Group Co., Ltd., Huaibei, Anhui 235100, China)

To prevent water inrush induced by the leakage of the K3 sandstone water from roof of the first mining area in the north of Wolonghu Coal Mine, according to the analysis of the measured water amount and the mining conditions of the working face, the author studied the regional transfer law of the K3 sandstone water with the expand of the mining area size. The results showed that the total amount of the water inrush in the working face of the first mining area in the north decreased with the enlargement of the mining area, and the water inflow amount increased in the newly stopes, while reduced in the adjacent one at the same time, and the starting time of the regional water transfer was related to the increase of the strike mining size of the working face, the starting position of water inflow was almost same as the width widening position in 8102 working face, which was about 110 m away from the open-off cut. It was found that after the leakage from the roof, the K3 sandstone water developed from the original inflow position and regionally transferred to deep new working face through the gob with the help of enlargement of mining area size and development of roof fractures, so it caused the abnormal water inflow in working face. The research results provided a reference for the prevention and control of roof water inrush.

water inflow, prevention and control of roof water damage, roof fracture development, sandstone water regional transfer, Wolonghu Coal Mine

焦殿志. 卧龙湖矿顶板砂岩水区域性转移规律实测研究[J]. 中国煤炭，2017，43(8)：76-79,127. Jiao Dianzhi. Field research on regional transfer law of sandstone water from roof in Wolonghu Coal Mine[J].China Coal，2017，43(8)：76-79,127.

TD323 TD742

A

焦殿志(1972-)，男，安徽太和人，毕业于中国矿业大学采矿工程专业，现任卧龙湖煤矿矿长，从事煤矿安全生产技术与管理工作。