受顶底板双向承压水威胁煤层开采

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1、受顶底板双向承压水威胁煤层开采技术研究姜华刘玉国（山东新查庄矿业有限责任公司山东肥城271612）摘要：8601面为查庄煤矿深部8层煤首采工作面，直接顶为四灰含水层，下距徐灰含水层32.8m，由于四灰、徐灰含水层岩溶裂隙发育，含水丰富，该煤层开采受顶底板双向承压水威胁，为此对该煤层安全开采进行了技术研究，通过综合手段探查条件，制定了针对性的防治水措施，实现安全开采。该面为肥城矿区开采标高最深，受承压水威胁最严重的工作面，它的成功开采，开创了肥城矿区8层煤大采深、高水压开采的先河，为同类条件下其它煤层开采奠定了较好的基础。关键词：双向承压

2、水威胁煤层开采1概况查庄煤矿8600采区为-350m水平的下山采区，该采区北邻F27断层（H=30m）；西邻F5（H=200m）和F5-1断层（H=50～280m）；东邻F40断层（H=20～45m）。采区三面被断层包围，尤其是西部F5和F5-1断层落差较大，使本采区下组煤煤系地层与对盘的奥灰含水层对口接触，水文地质条件复杂。该采区上覆7层煤实现了安全开采，开采最低高程-500m。8601工作面是查庄煤矿-350m水平以下第一个、也是肥城矿业集团公司开采高程最低的8煤层工作面，回采高程-365.4～-434.8m，工作面储量11.5万吨

3、，掘进揭露落差大于1.5m的断层8条，工作面被分成上、中、下三个块段。2水害威胁程度2.17煤层突水情况-350m水平以下7煤层共动用3个采区，开采11个工作面，其中4个工作面发生突水15～135m3/h，-350m水平以下7煤层开采受底板五灰承压水害威胁。而8煤层开采较深，受矿压水压影响更大，突水系数明显增加，出水几率更高，威胁更为严重。2.2水文地质条件8层煤下距徐灰（五灰）31.4～34.4m，平均32.8m，五灰厚2.7～10m，平均6.4m，五灰下距奥灰1.9～7.3m，平均5.1m。8601工作面共施工23个五灰钻孔，单孔水

4、量0.5～63m3/h。8600帷幕巷、8601泄水巷共施工56个五灰钻孔，单孔水量0.5～150m3/h，采区内共施工8个奥灰孔，单孔水量1～35m3/h。根据该区钻孔分析，底板五灰、奥灰含水层的富水性极不均一，个别块段富水性较强，大部块段富水性较弱，奥灰顶部10m左右富水性弱，五、奥灰导高不发育。因采区三面被断层切割，构造裂隙发育，且西部F5断层致使对盘奥灰含水层与该区四灰、五灰含水层对口接触，使水文地质条件更加复杂。2.3突水系数利用公式Ts＝P/（M-Cp－Dg）6式中：P--隔水层底板承受的最大水头压力P五灰＝4.5791MP

5、a（工作面）～5.0161MPa（区域）P奥灰＝4.0401MPa（工作面）～5.1351MPa（区域）；M--隔水层厚度，五灰32.8m，奥灰43.2m；Cp--采动破坏深度，取12m；Dg--五灰含水层导高；代入公式得：Ts五灰＝0.2202MPa/m～0.2412MPa/mTs奥灰＝0.1295MPa/m～0.1646MPa/m通过计算可以看出，工作面开采的五灰突水系数为临界突水系数0.06MPa/m的3.6～4.02倍；奥灰突水系数为临界突水系数的2.16～2.74倍，工作面受五、奥灰水害威胁严重。3防治水工作鉴于8601工作面

6、的特殊性和复杂性，我们采取钻探、物探、放水试验等多种手段，探查了工作面水文地质条件，取得合理有效的疏降方案，制定注浆改造、帷幕截流、疏水降压，并辅以留设断层煤柱、扩大排水能力、完善疏水系统等综合治理措施。3.1水文地质条件探查工程3.2.1顶板四灰水源补给条件由于西部F5断层落差较大，使得对盘的奥灰含水层与本盘的四灰含水层对口接触，奥灰水直接补给四灰含水层，为此施工了8601泄水巷对西部边界水源补给情况进行了巷道探查。该巷道长180m，揭露0.8～15m断层5条，裂隙发育地点8处，通过巷道揭露的四灰含水层情况看，顶板裂隙发育，淋水较大，

7、巷道淋水量为30m3/h。在泄水巷迎头利用钻机超前探查时揭露一条落差15m断层，钻孔揭露9层煤顶板泥灰岩时钻孔出水量35m3/h，该孔放水过程，巷道顶板淋水逐渐减小，最后全部消失，关闭该孔后顶板淋水恢复到初始水量。8601面放水时，稳定放水量252m3/h，测得该孔水量10m3/h，将所有放水孔关闭以后，该孔水量增大到20m3/h，通过水量变化说明8601泄水巷顶板四灰淋水来源于底板五灰含水层，四灰、五灰水力联系密切。8601泄水巷内施工8个五灰放水孔，单孔水量5～150m3/h，其中水量大于100m3/h钻孔三个，均靠近巷道西部，放水

8、时钻孔水量降幅较小，分析认为可能与西部边界构造发育、奥灰水源补给充分有关。3.2.2钻探情况为查清该区域五灰、奥灰含水层的富水性，在浅部施工了106个五灰、奥灰钻孔，其中五灰单孔水量0.2～150m3/h，