保德煤矿底板隔水性分析和防治水措施

陈义伟

(1.河南理工大学， 河南 焦作 454000； 2.国家能源集团神东煤炭集团保德煤矿，山西 保德 036600)

1 前言

保德煤矿井田南北走向长14.0km，东西倾向宽5.7km，面积55.9km2，地质构造简单，煤层倾角3°～9°，平均5°。区内可采煤层4层，分别为8#、10#、11#、13#煤层，目前正在开采的为最上部的8#、11#煤层。采掘区域主要有二、三、五盘区，充水来源主要为上覆砂岩裂隙含水层水、底板奥灰水、采空区积水。8#煤层底板标高为+690～+740m，奥灰水含水层水位标高+837～+863m。

底板奥灰水的补给来源以奥陶系灰岩大面积裸露及半裸露区接受大气降水为主，同时还接受上覆松散孔隙含水层、石炭二叠系裂隙含水层及地表水的入渗补给[1-4]。

面临底板突水危险的矿井，在正常掘进和回采过程中，要充分利用煤层底板到奥灰水含水层之间的隔水层的隔水性能，保德煤矿在开采8#、11#煤层时同样面临奥灰水威胁，因此应针对地板隔水层的隔水性进行分析，为制定防治水方案提供依据。

2 底板隔水性分析

2.1 隔水层分析

1)8#煤隔水层分析

8#煤层直接底多为砂质泥岩和泥岩，基本底为粗、中、细粒砂岩。根据岩石力学实验得出：8#煤层底板岩层平均抗压强度16.6MPa，属较软弱底板，稳定性较差。

根据Sk30钻孔数据显示，8#煤层底板厚度为118.64m，其中泥岩、泥灰岩、炭质泥岩的总厚度为47.81m，泥岩占整个隔水层厚度的40.29%；根据Sk33钻孔数据显示，8#煤层底板厚度为110.90m，其中泥岩、炭质泥岩厚度11.63m，泥岩占整个隔水层厚度的10.49%，具体情况见表1。根据以上钻孔资料的统计结果，其中泥岩这种隔水性较好的岩层占整个隔水层厚度的比值变化相对较大，软硬相间，在隔水层结构未受到破坏时，具有良好的阻水性能。

2)11#煤隔水层分析

根据Sk30钻孔数据显示，11#煤层底板厚度为96.03m，其中泥岩、泥灰岩、炭质泥岩总厚度32.14m，占整个隔水层厚度的33.46%；根据Sk33钻孔数据显示，11#煤层底板厚度为86.2m，其中泥岩、炭质泥岩总厚度7.69m，占整个隔水层厚度的8.92%，具体情况见表1。根据钻孔资料的统计结果，其中泥岩这种隔水性的岩层占整个隔水层厚度的比值变化范围为8.92%～33.46%，变化范围相对较大，煤层底板局部在隔水性能上存在较大差异。

表1 钻孔岩层统计表

2.2 底板破坏深度

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定，考虑采深、倾角和工作面斜长计算底板采动破坏深度h为[1-2]

h=0.008 5H+0.166 5α+0.107 9L-4.357 9

式中：H——开采深度；

α——煤层倾角；

L——工作面长度。

其中，保德煤矿工作面长度一般约为250m，8#煤埋深取700m，煤层倾角取5°。计算后得到h=29.4m；11号煤结合以往钻孔资料，取深度740m，L为工作面长度，取平均值250m，计算后得到h=29.73m。

保德煤矿为研究煤层底板破坏深度，在81300- 1辅回撤通道内设计钻孔两组，根据现场实测底板破坏深度为28.14～31.11m，最大为31.11m。

因此，根据以上经验公式及现场实测结果，煤层底板破坏深度采用现场实测的最大值，即31.11m。

根据以上钻孔资料及底板破坏深度统计结果，8#煤层、11#煤层底板隔水层隔水性能存在差异，但总体上来讲软硬相间，具有一定厚度的隔水层结构未完全受到破坏，仍具有较好的阻水性能。

3 工作面防治水措施

主采煤层8#煤和11#煤充水水源和充水方式各不相同。在矿井投产之前，尚无大规模实际开采资料，一些与防治水相关的地质因素(隔水层厚度、构造发育程度及类型、原始地应力)和采场动态参数(矿压特征、地板破坏深度)有待探测试验。本井田8#煤层作为主采煤层之一，与众多矿井开采山西组下部煤层一样，与奥灰水(或太原群薄层灰岩)并无直接间接力水力联系。对于本井田，浅部废弃煤窑积水和隐伏露头第四系水入渗均不构成充水因素，只是8#煤层顶板巨厚砂岩层组所含的裂隙水，在回采时以顶板淋水形式溃入采场。由于水源补给有限，因此随采掘过程自然疏干。对于底板奥灰水，8#煤层开采时应防止垂向导水陷落柱的存在，重点探测垂向导水构造[3-4]。

保德煤矿开采11#煤层时面临底板奥灰水威胁是矿井防治水的重点问题。现阶段可以提出的防治水总体思路：“带压开采，探采结合，综合防治，以防为主”。

根据保德煤矿矿井地质、水文地质条件以及工作面带压开采条件和受水害威胁程度分析，为确保8#、11#煤工作面安全回采，今后重点采取以下3个防治水措施：

(1)充分利用8#、11#煤层底板的阻水性能，进行“带压开采”。

(2)对周围的小煤矿重点关注，防止老窑水溃入。

(3)设立水闸门实现隔离开采，预掘临时水仓，增加一定的泄水空间，并备足一定的临排能力，建立安全措施，设定避灾路线。

4 总结

(1)根据底板破坏深度经验公式及现场实测结果，确定8#煤层底板破坏深度采用现场实测的最大值，即31.11m；11#煤层底板破坏深度根据经验公式计算为29.73m。

(2)根据以上钻孔资料及底板破坏深度统计结果，8#煤、11#煤底板隔水层软硬相间，具有一定厚度的隔水层结构未受构造破坏，具有较好的阻水性能，提出“带压开采，探采结合，综合防治，以防为主”的开采路线。