庞庞塔矿9#煤层首采工作面开采水害综合分析评价

雷 鹏

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿，山西 临县 033200）

1 工程概况

霍州煤电集团庞庞塔煤矿位于山西省临县程家塔—吉家庄—阳泉村一带，井田内含煤地层为太原组和山西组，主要可采煤层为5上#、5#、9#煤层。现阶段5#煤层已开采殆尽，即将进行9#煤层的开采。一采区首采工作面为9-101 工作面，9#煤层赋存于太原组中下部，煤层结构复杂，含一至二层夹矸，平均煤层厚度为12m。该工作面呈一单斜构造，倾向为东西向，走向为南北向，煤层倾角15°～28°，平均25°。9-101 工作面井下位置：工作面北部为西区9#煤皮带暗斜井及5#煤四条集中下山，南部、西部为9#煤层实体煤，东部为正在开采的9-301 工作面及南延辅运、输送机两条大巷，上部为原5#煤5-103 工作面及原5-1052 巷。工作面在回采期间可能会揭露隐伏构造，对工作面造成一定的影响。为具体了解9-101 工作面开采的安全性，对其开采的各种水害进行综合性评价。

2 9-101 工作面水文地质条件分析

2.1 地质构造条件

庞庞塔矿9-101 工作面在掘进过程中共揭露断层14 条，全部为正断层，最大的断层落差为7m，最小构造的断层落差为1.3m。9-101 工作面掘进期间所揭露断层均在停采线以内，其中F5 ～F13 等8条正断层会对回采造成较大影响，其余断层由于落差相对煤层厚度较小，预计对回采影响不大。工作面在回采期间可能会揭露隐伏构造，对工作面造成一定的影响。断层详细特征如表1 所示。

表1 9-101 工作面断层一览表

2.2 水文地质条件

2.2.1 顶板含水情况

9#煤层位于太原组中下部，灰岩岩溶含水层位于煤层上方，灰岩含水层主要为L1、L3、L4 石灰岩。据矿方提供的水文勘探钻孔抽水试验结果，单位涌水量0.00054～0.05539 L/s·m，为弱富水性，富水性较弱。

2.2.2 底板含水层

奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层组位于9#煤层下方，抽水试验表明单位涌水量为0.851L/s·m，富水性中等。一般说来，随埋深而变化，埋深小岩溶发育程度高，富水性强，埋深大则反之。但是古岩溶的存在可导致例外，使得O2灰岩的富水性很不均一，在局部区域有可能偏大。

2.2.3 隔水层

根据矿方提供的地质钻孔柱状图等相关资料[1]，9#煤层一采区内奥陶系顶面与9#煤层的垂直距离平均为81m，岩层主要由炭质泥岩、泥岩、铝质泥岩构成，层间夹杂着不稳定发育的薄层石灰岩、砂岩，是隔水性能优良的岩层，对煤层下方的奥灰承压水可起到阻隔作用。

“不要急着下结论，更不必扩大到所有的男人。这个男人也真有意思，当他觉得被Y彻底伤害之后，反倒放下了。他不怕别人背叛，就怕别人爱他。当他看到Y有了另外的男人，反而没事了。”

2.2.4 采空区积水

9-101 工作面上部为原5#煤5-103 工作面，2010 年开采完。根据采掘情况分析上部采空区有三处低洼点可能存在积水，工作面圈定以后，已对低洼进行了探放，均探至采空区，无水。

2.2.5 涌水量情况

预计工作面正常涌水量为30～40m³/h，最大涌水量为80m³/h。

2.2.6 综合分析

庞庞塔矿9-101 工作面底板标高为+589～ +698m，煤层上部的太灰含水层水位为+1011m～ +1098m。矿井多年对5#煤层的开采过程中，持续的对太灰水进行疏降，太灰水水位基本保持在+595～ +748m 之间，且富水性愈来愈弱。在进行9#煤层9-101 工作面回采过程中，预计太灰水会以淋水形式出现在工作面，但是水量不会很大，不会威胁工作面的安全高效回采。9-101 工作面下部的奥灰水水位为+800m～ +825m，工作面最低标高为+596m，最大带压2.9MPa，且工作面存在多条断层，若工作面与该含水层导通，预计将发生严重的突水事故，对工作面安全生产造成巨大的威胁。

3 底板突水危险综合评价分析

3.1 突水危险性评价

根据以上分析结果可知，庞庞塔矿9-101 工作面下方的奥灰水是强承压含水层，如果在工作面回采过程中遇到断层等导水构造，可能会引发工作面突水事故。因此为保障工作面近距离承压水上的安全作业，需对9-101 工作面底板稳定性和突水的危险性作进一步分析研究。采用突水系数法进行底板突水危险性分析，首先进行突水系数的计算，公式[2-3]：

Ts-突水系数，MPa/m；

P-承压水压力，MPa；

h2-底板与下部含水层间隔水层总厚度，m。

底板有效隔水层分析计算模型如图1 所示。

图1 工作面开采底板隔水层分层结构模式图

ha-煤层底板与含水层的距离，庞庞塔矿9-101工作面距底板奥灰含水层垂直距离为81m；

h1-工作面回采期间，底板上部发生塑性破坏岩体的深度，考虑工作面采动及底板下部承压含水层水压的作用，破坏深度计算公式为[4]：

式中：

k1-采空区倾斜方向边缘区域应力集中系数，取2.0；

h-工作面平均埋深，庞庞塔矿9-101 工作面平均盖山厚度为510m；

γ-顶板岩层容重，为2.48MN/m3；

Cm-底板内聚力，为11.26MPa；

φ-底板内摩擦角，为26°；

m-采高，9-101 工作面采用放顶煤开采工艺，设计采出率为93%，煤层总厚为12m，因此采高为11.16m。

通过式（4）可计算得到工作面采动破坏底板深度xa=12.6m，通过式（3）可得采动和承压水作用下底板破坏深度为17.8m。

式（2）中h3为承压水导升带高度，根据矿方提供的地下水文钻孔得知h3=9.6m，由式（2）得到庞庞塔矿9-101 工作面与下部奥灰含水层间有效隔水层厚底为53.6m。庞庞塔矿一采区内奥灰水位为+800m ～+825m，9-101 工作面最低标高为+596m，最大带压P=2.9MPa，由式（1）计算可得9-101 工作面最大突水系数约为0.054MPa/m。根据煤矿防治水规定要求，底板受构造破坏区域突水系数应不大于0.06MPa/m，正常块段应不大于0.1MPa/m，此时工作面处于安全开采范围。9-101 工作面内存在多条断层，其突水系数小于0.06MPa/m，因此9-101 工作面能够进行带压开采。

3.2 底板水害治理建议

根据突水系数法的研究结果，9-101 工作面底板奥灰水无突水危险，但同样需加强防治水相关工作。9-101 工作面带压开采期间必须制定专项防治水措施，严格按照措施施工，加强水文观测，发现透水预兆时立即停止作业，按避灾路线将人员撤到安全地点，并及时向区、矿调度汇报情况，听从调度指挥和安排。

当回采工作面内有导水的断层、裂隙或陷落柱时，应当按照规定留设防隔水煤（岩）柱，否则不准采煤。工作面正式回采前应首先在综采工作面进行坑透工作，查明各个断层的导水性和具体位置，必要时需要采取底板注浆等措施加固底板。注浆堵水主要是封堵导水通道（导水断层、导水陷落柱、导水裂隙、导水旧钻孔），并通过物探与钻探验证注浆改造效果。回采工作面开采完后，对于已经失去使用价值而需关闭的局部疏水降压钻孔，必须进行注浆封闭，并在有关图纸上标明其位置。

4 结论

依据庞庞塔矿9-101 工作面具体的开采技术和水文地质条件，对工作面开采各种水源进行分析，得到工作面安全生产的主要威胁为底板奥灰含水层。采用突水系数法计算得到9-101 工作面突水系数为0.054MPa/m，其突水系数小于0.06MPa/m，一般情况下不会发生奥灰水突水危险。但是工作面揭露多条断层，建议庞庞塔矿9-101 工作面开采之前，应首先在综采工作面进行坑透工作，探测采面内的构造异常体，查明各个断层的导水性和具体位置，必要时采取底板注浆等措施加固底板、封堵导水通道等措施，探测、评价安全后，方可掘进或回采。