礦井突水原因及其防治

礦井突水原因及其防治（肥城）2008-02-1618:333隔水層隔水層對突水起阻擋作用，其阻水能力是由其厚度、巖性組合及力學(xué)強度決定的.厚度越大，越不易出水.其巖性組合及力學(xué)強度是控制底板巖層受采動影響的重要因素.當(dāng)煤層底板巖層軟硬相間時，不易形成裂隙；當(dāng)?shù)装鍘r層自近（煤層）而遠，強度由弱到強時，巖層間易形成采動裂隙.如陶陽煤礦9、10煤層底板巖性分別為粘土巖、粉砂巖、中砂巖，其力學(xué)強度由弱到強，受礦壓作用易形成采動裂隙而造成突水.煤層到底板含水層之間的距離由采礦破壞深度、有效隔水層厚度及導(dǎo)高三部分組成（導(dǎo)高是承壓水沿煤層底板導(dǎo)水裂隙上升的高度）.起阻水作用的主要是有效隔水層厚度.如果礦壓對底板破壞深度大，導(dǎo)高又大，則有效隔水層厚度相對減小，工作面底板就容易出水.因而我們只有采取防治水措施，減少礦壓對底板的破壞深度，減小導(dǎo)高，才能增加有效隔水層厚度，預(yù)防出水.1.4含水層含水層的富水性及水壓對工作面底板突水具有重要作用.含水層的富水性是突水大小的物質(zhì)基礎(chǔ)，它決定著突水后水害的規(guī)模及對礦井的威脅程度.富水性與其巖溶裂隙發(fā)育程度、逕流條件、構(gòu)造發(fā)育情況及埋藏深度等因素有關(guān).含水層的水壓是工作面底板突水的動力，表現(xiàn)為靜水壓力及動水壓力兩種形式.未突水前表現(xiàn)為靜水壓力，靜水壓力對隔水層裂隙具有頂劈擴大作用，水壓愈高，作用愈顯著；出水后承壓水頭降低，含水層的水位能轉(zhuǎn)化為動能，這是以動水壓力為主.其作用主要表現(xiàn)在出水后，裂隙被沖刷擴大，充填物質(zhì)不斷被帶走，通道越來越暢通，出水量越來越大.肥城煤田太原群9、10煤層底板徐灰、奧灰含水層水壓大、富水性強，是威脅太原群煤層尤其是9、10煤層開采的主要含水層，是預(yù)防的重點.含水層與隔水層是同一矛盾的兩個方面.含水層富水性強，水壓大，易造成出水；而隔水層厚度大，則有利于阻水，其中水壓與隔水層厚度存在一定的關(guān)系.根據(jù)陶陽煤礦歷次工作面突水資料，用數(shù)理統(tǒng)計原理計算，得出隔水層厚度與水壓關(guān)系式M=14+12.7p式中： M——隔水層厚度，m； p——水壓，MPa.當(dāng)水壓p=0時，M=14m，可理解為采礦破壞深度（有的理解為導(dǎo)高），臨界線斜率為12.7,其倒數(shù)為0.078,實際上是突水系數(shù)r.以上公式數(shù)據(jù)基本符合礦區(qū)實際. S綜上所述，造成工作面底板突水的因素很多，但概括起來主要有礦壓、斷裂、隔水層、含水層4個方面.針對以上突水因素，因地制宜，采取相應(yīng)的防治水措施，就能有效地預(yù)防出水.2工作面底板突水防治根據(jù)以上分析，結(jié)合礦區(qū)實際，我們認為搞好底板突水防治主要從以下幾個方面入手.2.1采取措施，減少礦壓對底板的破壞作用縮短工作面斜長.工作面斜長對底板的影響，實際上是礦壓對底板的破壞深度問題.工作面斜長越大，壓力越大，底板采動破壞深度增加，工作面底板越易出水.據(jù)有關(guān)資料推導(dǎo)，工作面斜長與底板破壞深度可用如下關(guān)系式表示H=0.5L0.7式中： H——采礦破壞深度，m； L——工作面斜長，m.由上式可以看出，采礦破壞深度隨工作面斜長增加而增加，工作面斜長越大，越易出水.此式經(jīng)驗證基本符合礦區(qū)實際.如陶陽煤礦9801工作面平均斜長90m，按上式計算H為11.6m，回采過程中未出水，而相鄰的9803工作面斜長120m，H為14.3m，回采過程中出水20m3/h；9904工作面里段斜長80m，H為10.7m，回采過程中未出水，相鄰9906工作面斜長130m，H為15.1m，結(jié)果回采過程中出水420m3/h根據(jù)陶陽煤礦工作面斜長與突水關(guān)系，我們認為在不影響產(chǎn)量、回收率等問題的基礎(chǔ)上，受徐灰、奧灰水威脅的工作面斜長應(yīng)不超過100m.加強初壓面管理，人工放頂.初壓面頂板不易冒落，懸頂面積大，礦壓對底板破壞最嚴重.根據(jù)前面分析，初壓及第一次周壓地段是最易突水地段，因而加強初壓面管理十分重要.肥城局規(guī)定，在開切眼時要打好放頂眼，回采時懸頂走向8?m，傾向20?m，要及時人工放頂，并要求各礦認真執(zhí)行.如陶陽煤礦9808等9煤層工作面頂板為泥灰?guī)r，不易冒落.為減少礦壓對底板的破壞作用，回采前在切眼打好放頂眼，工作面推進后，及時進行人工放頂，大大減弱了礦壓對底板的破壞作用，有效地防止了初壓面突水，使工作面得以安全回采，可見初壓面管理的重要性.2.2注漿改造是預(yù)防工作面突水的有效措施該技術(shù)通過地面注漿站集中造漿、注漿，井下施工注漿孔向介于煤層和奧灰強含水層之間的薄層灰?guī)r(即徐灰)注漿，是預(yù)防突水的綜合防治水技術(shù).實踐證明該技術(shù)是成功的.陶陽煤礦自1987年開始對徐灰進行注漿改造采煤，至今共施工鉆孔441個，進尺28294m，注水泥漿為35367t，粘土為7025.5t，解放受水威脅的9、10煤層工作面達28個，解放儲量236萬t，現(xiàn)已安全回采21個工作面，安全采煤157萬t，一直未出大水，保證了礦井的安全生產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟效益.注漿改造作用及特點表現(xiàn)在以下幾個方面：改變了含水層的富水性.在注漿壓力作用下，漿液沿裂隙擴散、沉析、結(jié)石，使徐灰?guī)r溶裂隙基本上為粘土水泥漿充填，富水性大大減弱，甚至不含水.切斷奧灰與徐灰的補給通道.注漿過程中，在注漿壓力作用下，漿液沿徐灰與奧灰的聯(lián)系通道向下擴散、沉析、縮小或堵塞通道斷面，減少或切斷了奧灰對徐灰的補給通道.加固了底板隔水層，提高其強度.注漿改造可消除導(dǎo)高，增加有效隔水層厚度.通過注漿改造，漿液能有效地充填含水層至隔水層的導(dǎo)水裂隙，消除導(dǎo)高，使原來含水、導(dǎo)水的裂隙帶變成純隔水層，增加了有效隔水層厚度，對預(yù)防出水極為有利.2.3預(yù)防斷裂出水根據(jù)前面分析，斷裂是造成工作面底板突水的主要因素之一.“逢突必斷”已成為人們的共識.預(yù)防斷裂出水是礦井防治水工作的主要內(nèi)容之一.具體內(nèi)容包括以下幾個方面：(1)全面分析區(qū)域構(gòu)造特征，研究斷裂展布規(guī)律.根據(jù)每個面的巷道揭露情況及鉆探資料，查明工作面斷裂分布情況，為預(yù)防斷裂出水提供依據(jù).按規(guī)定留設(shè)斷層煤柱，特別對于可能導(dǎo)水?dāng)鄬?，則需按規(guī)定留足防水煤柱.分析斷裂性質(zhì)及力學(xué)特點，屬于張性導(dǎo)水?dāng)嗔?，在巷道穿過前，要按規(guī)定提前探查并進行注漿加固，達到預(yù)期效果.否則不能直接揭露.對斷層交叉點、尖滅端、褶曲軸部等構(gòu)造發(fā)育地段要重點加固防治，預(yù)防工作面在回采過程中出水.巷道穿過斷層帶時，要加強支護，以防滯后出水.認真研究滑動構(gòu)造特點，滑動構(gòu)造易形成“層狀”充水帶，對底板威脅面大.要及時分析資料，對滑動構(gòu)造明顯的地段要重點防治.2.4疏水降壓