余吾煤业2206工作面奥灰水防治技术的研究

武 昊

(潞安金源煤层气开发有限责任公司，山西 长治 046204)

余吾煤业主采煤层9#煤开采受底板奥灰水的威胁严重，矿井在开采浅部9#煤时，工作面突水系数位于安全区，在正常地段开采是相对安全的。但工作面隐伏导含水构造、底板隐伏导水裂隙带，断层密集发育区、封孔不良钻孔、奥灰水突水主要通道，容易发生奥灰突水。本文对2206工作面断层、物探异常区进行探查，并采取了相应的防治技术措施，确保了工作面的安全带压开采。

1 余吾煤业2206工作面开采条件

1.1 地质条件

余吾煤业含煤地层为石炭二叠纪，厚度300m，含5个可采煤层，即2、6、9、13、15层煤。余吾煤业2206工作面开采9煤层。工作面位于井田北区-800m水平后组煤四采区第二亚阶段。该面煤层走向120～150°，倾角16.5～18.5°，煤层厚度1.63m。工作面走向长1100m，倾斜宽160m，面积17.6万m2，储量38万t。煤层直接顶为粉砂岩，厚度0.1～6m；基本顶为中粒砂岩，厚度16～23m；底板为粉砂岩，厚度2.5m。

1.2 水文条件

9层煤直接充水含水层为直接顶之上的砂岩基本顶，含砂岩裂隙水。底板间接含水层有第四层石灰岩，为弱岩溶裂隙水，据巷道揭露主要以滴、淋水性质进入巷道。再向下有徐灰、奥灰强岩溶裂隙含水层。9层煤至四灰34m，四灰厚6m，为13层煤直接顶板；至徐灰83m，徐灰厚15m；至奥灰114m，奥灰厚800m，奥灰水位+184m。

2206工作面位于后四采区第三亚阶段，F9断层横穿工作面，2206工作面上有2208工作面及2207工作面已采煤完毕。在2206工作面回风巷掘进时，2208采空区发生滞后出水，出水量12m3/h；2206工作面于2003年10月4日安全开采280余米后开始出水。初始出水量约在66m3/h，出水较稳定，自2004年8月开始出水量逐渐变小，现约在18m3/h左右。这两次出水说明，2206工作面开采存在受奥灰水出水威胁。为此，回采前必须对工作面采取防治措施，而采取疏水降压或采用底板加固方法进行开采，在目前状况下条件尚不具备。

2 2206工作面开采前的水文探测分析

2.1 2206工作面的电法探测

2206西工作面底板异常富水区主要有两个：一是在F13断层和F19断层组成的上平巷中部块段中，以靠近2206工作面突水点处为中心，向东西两侧各150m左右，距上平巷40m的范围内所组成的富水带；二是沿F9断层带发育的富水带，低阻带与奥灰相连具备导通奥灰水的条件。因此需要重点防治，留足断层煤柱。实现对这两处异常区的控制，就可以较可靠地实现安全生产。

2.2 水文观测孔的设计与施工

在2206工作面共设计施工2个观测孔，分别为观测孔1及观测孔2，具体的估测数据如下：

观测孔1：钻进到152.6m时奥灰出水增至1.2m3/h，水温41℃，水压7.5MPa，此后钻进过程中水量基本保持在1.2～1.44m3/h左右，水压在7.2MPa。2014年9月7日撤钻，终孔层位为奥灰下69.4m，实际钻孔深度为172.25m。测得稳定水压为7.22MPa。煤9至奥灰的层间距为100.25m。

观测孔2：钻进至169.1m，出水形式为突然出水沿钻杆与钻孔之空间喷出达到顶板，出水时携带杂色粘土岩细粒及岩粉泥浆.出水量达到55m3/h，水温43℃，最高水温达到44℃，初始水压为8MPa，2d后换低量程10MPa压力表测得水压为7.22MPa，经过放水，测得水量最高为67.8m3/h。整个钻孔施工完毕。煤9至奥灰的层间距为114m。

通过以上两钻孔的施工，基本查明了深部9煤层以下地层岩性、深度及厚度，探明了徐、奥灰的含水性，达到了设计目的，为今后组煤开采评价提供了基础数据。

3 矿山压力对底板隔水层破坏机理分析

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》计算采动底板破坏公式，以及根据《底板突水机理及预测预报》所开发的“采场底板突水预测预报软件”，取底板坚固性系数为3，则-800m水平底板破坏深度在22m左右。

在煤层赋存条件一定的情况下，底板破坏深度与工作面开采长度呈正比关系，开采面长越长，对底板破坏深度越大，煤体以支承压力高峰位置为起点向煤体前方沿下斜线深入煤层底板。在向采空区方向，相应地承压力由峰值状态向低应力状态过渡，煤层底板综合状态向膨胀状态过渡，因这部分的煤层底板已遭受过支承压力峰值的破坏，丧失原始隔水性能，成为导水通道。

根据开采经验，由深井高应力集中区工作面跨采巷道硐室变形预测的研究成果可以得知，在深部开采条件下，矿山压力的传播深度应达到120～140m左右,即9层煤开采时支承压力传播影响波及到奥灰。取得的认识为：底板支承压力的传播向深部呈一定的衰减趋势，因此，对底板岩石的破坏强度也依次减弱。受损底板首先破坏断裂部位为采空区暴露部位；随着开采的推进，底板压力峰值线随推进前移，引起了底板岩石受力由原岩应力变化至支承高峰应力再到采后应力释放这一过程，从而引起采空区边缘应力重新分布，由于应力的重新分布作用于岩石导致破坏，岩石的破坏强度，与应力的大小有关，即向深部呈衰减趋势，但大小大于原岩应力破坏影响。同时，与其他影响因素共同作用，在存在构造、原生裂隙、溶洞等薄弱结构面或空间的条件下，引起这些地点应力变化的二次分布，加剧了破坏程度。揭示奥灰突水往往以点方式突出原因随着开采推进，在矿山压力、构造影响共同作用的结果。

4 2206工作面防治水管理措施

4.1 提前做好工作面搬家准备

F9断层落差10m，提前施工过F9断层的切眼，以便断层以西开采有徐、奥灰水涌出时，及时撤出搬家，不影响正常安全生产。

4.2 减小矿压对煤层底板的破坏

采用综合机械化采煤设备，保持工作面匀速推进，制定了缩短工作面长度、减小工作面悬顶，控制采高、及时放顶、减少采动影响的破坏深度的措施。

（1）工作面初次放顶所允许的最大悬顶距离在采用垮落法管理顶板的工作面自切眼推进8m，直接顶冒落高度达不到采高的1.5倍，倾斜长度超过工作面长度的1/3时，必须强制放顶；推进15m直接顶冒落高度达不到采高的1.5倍，倾斜长度超过15m时，必须停止采煤，强制放顶。

（2）采用垮落法管理顶板的工作面正常推进过程中，出现2m×5m及以上悬顶时必须采取加强支护措施。悬顶距离超过下列数据：中厚煤层悬顶距大于5m，倾斜长度超过15m；薄煤层悬顶距大于7m，倾斜长度超过15m；必须采取强制放顶和其他加强支护措施。

（3）稳定、非常稳定顶板煤层开采，垮落法管理顶板，初采必须在切眼内布置一排放顶眼将顶板切断，工作面推进8m开始强制放顶，放顶眼每组3个，眼深不低于采高的1.5倍。

4.3 缩短工作面长度

为了躲开上一工作面的异常区，重新补掘了回风巷，工作面长度由160m缩短为120m，留设40m的防水煤柱。采用走向、倾向长条带开采。根据物探、钻探等方法探明了工作面底板的富水性及工作面异常区富水程度，将2206西工作面分成两大块段进行开采。

（1）I块段开采。从切眼在下平巷开采走向长度85m、上平巷开采走向长度130m，工作面面长137m，面积约1427.5m2。

（2）F6断层和F13断层之间II块段开采。由于此块段在回风巷以靠近2206工作面突水点为中心，向东西两侧各150m左右，距上平巷40m的范围内存在一异常区，需要区别对待。

4.4 健全管理制度，加强工作面水情的监测、监控

制定了2206工作面突水抢险预案和紧急避险预案。让每位在2206工作面内工作的人员都知道本工作面存在突水危险，从而引起他们的高度警惕性。一旦发现水情应立即停止工作面推进，不要使出水通道扩大至关重要。制定了工作面24h水情监测、监控的措施。安全检查盯岗人员必须每班3次巡视观察水情，每班必须有采煤工区管理人员盯面盯岗。地测部门每天都有人员观察水文情况。

5 结语

本文主要是对山西潞安集团余吾煤业2206工作面奥灰水防治措施进行了研究。通过研究矿井水文地质条件丰富了奥灰水突水理论，对余吾煤业2206工作面的奥灰水防治工作起到了很好的指导作用，保障了煤矿开采工作的顺利进行，也为类似条件下煤矿开采工作面的奥灰水防治工作提供参考。