采煤工作面顶板动态离层水预疏放实践

工作面顶板动态离层水预疏放实践

李忠凯 胡 杰

（***矿业集团海孜煤矿，*** *** 235147）

摘 要：采煤工作面顶板动态离层水是煤矿突水的一种新的水源，通过对离层水突水的原因和特点分析，采取了在工作面回采影响以外的下山方向布置钻孔，同时在钻孔内下入防堵装置，保证了钻孔在工作面采前、采中和采后持续放水，有效地阻止了离层水源的产生，保证了工作面安全生产。

关键词：动态 离层水 预疏放

引 言

***矿业集团海孜煤矿是一座设计年产1.5Mt的现代化矿井。2005年5月21日正在回采的84采区745工作面发生瞬时最大水量3887m3/h的特大溃水事故，给生产和安全造成极大的被动。经查治，发现该次事故是因为受7煤层顶板巨厚火成岩支撑，多煤层采动作用，造成煤系地层不均匀沉降，使7煤层顶板砂岩产生离层，并积水，在火成岩动力作用下，积水冲破有限的隔水层，而发生的特殊突水现象。如此强度的顶板水突水现象在国内十分罕见，如何进行防治，避免类似事故的再次发生，成为扭转生产和安全的被动局面，保证工作面安全恢复生产成为工作面水害治理的关键。

1 顶板动力突水原因和特点1.1 745工作面地质及水文地质概况

工作面煤层属二叠系下石盒子组全隐伏煤层，煤层厚0.2～3.2m，平均1.29m，倾角18°。该区地层自上向下有第四系和火成岩及煤系地层，对7煤层开采充水有影响的主要含水层有第四系四含和7煤顶板厚层砂岩，隔水层有四含底部粘土层、火成岩和7煤直接顶泥岩。

1.1.1 四含

四含为第四系地层的最下一层，直接覆盖在煤系地层之上，与煤系地层不整合接触。四含底部发育一层粘土层，含砾石，粘土层发育不均一，局部具“天窗”，四含水通过“天窗”缓慢向煤系地层补给。

1.1.2 火成岩

厚76.3~88.77m，下距7煤层61.2～62.83m，属闪长岩和闪长玢岩，整体块状结构，总体属隔水层，能阻隔四航对煤系地层的补给。但当有断层等裂隙发育与四含沟通时，使局部丧失隔水作用，通过地面补勘钻孔采取钻孔电视技术可清晰看到该区火成岩发育有大量纵向和层状拉伸裂隙，但不含水。

1.1.3 7煤顶板砂岩

厚14.07～30.87m，下距7煤层12.86～28.03m，含脉状裂隙承压水，属弱含水层，是7煤开采的直接充水水源。

1.1.4 7煤底板煤岩层

8、9煤层相距约3m，8煤上距7煤约22m，与7煤层同属于二叠系下石盒子组，在该区两煤层均未开采。

上距7煤层约116m为二叠系山西组10煤层，该层煤工作面于2002年11约全部采完收作。

1.2 745工作面突水原因

工作面发生突水后，为了查明突水原因，在位于停采线外5m，机巷向上10m，施工了一个钻孔R455孔，孔深368.53m，终孔层位位于7煤顶板34.8m，钻孔离层发育柱状见图1。钻孔在施工过程中发现岩浆岩底板1.6m至粉砂岩1.4m段（329.5～332.5m），被掰开形成T3离层带，段高3m，具典型的硬软岩层界面易产生离层的规律特征。注水实验测流结果，单位吸水量为0.16l/s.m（相当于中等富水含水层）。

煤系地层中，在孔深339.5～341m孔段的砂岩（厚2.15m）与粉砂岩（339.61m）界面分布有段高为1.5m的T2离层带，其中砂岩掰开0.11m，粉砂岩掰开1.39m，也是软、硬岩层界面。其单位有吸水量为0.056l/s.m（相当于弱含水层），表明离层带为破碎岩石充填，而不是空腔。

在孔深350.74～368.53m的巨厚（大于17.8m）的砂岩中，砂岩顶界6.76m以下发现有段高为1.2m的T1离层带，单位吸水量为0.32 l/s.m（相当于中等富水含水层），K值为31.16m/d。总吸水量为13.64m3/h。

R455孔终孔时位为333m(-306 m)，在岩浆岩孔段的水柱高度为16.1m。T1、T2、T3三个离层带均有积水。44d后水位为340m，已低于岩浆岩底板18.9m，表明T3离层带已处于水位之上而成为“无水离层带”。T2离层带顶界为339.5m。表明该离层带上部0.5m已处于水位之上，只有T1离层带仍保持水位，水柱高达17.5m。这说明：A、R455孔内水位保持44天，原因是有T3“积水离层带”存在。B、R455孔深368.53m，孔底距7煤顶34.8m。孔底有水位说明其下部砂岩还没有被导水裂隙所波及。46d后孔内水位消失，钻孔发生吸风现象，说明T3积水离层带被疏干。

上述现象说明T1积水离层带的单位吸水量为0.32l/s.m，是5.21突水的直接水源。当山西组10煤层回采后，下石盒子组及其以上地层属整体弯曲下沉带，但受巨厚火成岩板支撑，其上部岩层并未随之下沉，受自身重力和火成岩板拉伸共同作用，造成下石盒子组地层不均匀下沉，并在7煤顶板砂岩中形成拉伸破坏，从而形成离层。因该层砂岩自身就是弱含水层，加之四含水通过浅部露头和火成岩裂隙对其缓慢补给，使离层内积水。当7煤层采动后，破坏了火成岩原有的应力平衡，并活动产生动力，在该动力作用下，压挤离层，积水冲破了离层于7煤采动后导水裂隙带间有限的隔水层，从而发生突水。该次突水事故是极复杂水文工程地质条件下发生的动力突水的特例。

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