工作面底板突水因素初步分析及其防治Word格式文档下载.docx
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根据现场观测，工作面初压及周期来压时顶板悬顶面积最大，工作面周围煤体的支承压力及煤壁处的剪切力达到最大值，煤层底板最易造成破坏，底板最易突水。
如图2为陶阳矿突水点平面位置分布图。
由图上可看出突水点多在初压及周压地段或煤壁处。
一般工作面自切眼推至60m这段距离内即初压及第一次周压位置时底板发生突水的概率最大，为72％。
总之，只有进行长期、艰苦、细致的工作，进一步查清矿井地质及水文地质条件，加快矿井防治水工作的步伐，将查庄煤矿地下水害治理纳人西四矿综合采煤治水工程中去，才能实现技术可行、安全可靠、经济合理地开采受水威胁的煤层，为矿井创造更安全的开采环境，保证采场正常接续，不断提高矿井的经济效益。
矿压对底板的破坏作用与工作面顶板岩性有关。
工作面顶板岩层不易冒落时，矿压对底板的破坏作用越明显，工作面越易出水。
如陶阳煤矿太原群九层煤顶板为泥灰岩，不易冒落，因而九层工作面易发生突水。
十层工作面顶板为粉砂岩、薄煤层相间，顶板易冒落，矿压的破坏作用不显著，与底板出水关系不明显。
所以对顶板不易冒落的工作面要及时采取措施，减少矿压的破坏作用。
1.2断裂
断裂构造是突水的主要因素之一，综合分析其主要作用有：
⑴断裂构造的存在破坏了底板完整性，降低了底板的强度。
⑵断层上下两盘错动的结果，缩短了煤层与含水层的距离，甚至使煤层与含水层直接对口。
⑶断裂带破碎、软弱，易形成导水通道。
⑷断层带充水成为充水带，更使水文地质条件复杂化。
肥城矿区突水绝大部分与断裂构造有关（下表），如陶阳煤矿9901工作面因开切眼没留足东8号断层煤柱，推采12m出水1083m3／h，淹没采区（图3）；
9507工作面沿煤壁发育一条北东向、宽20cm的构造裂隙出水17940m3/h而淹井，可见断裂构造是出水的主要因素之一。
一般情况下，在断层交叉复合部位、尖灭端、拐弯处、向斜轴部、转折端及隐伏裂隙存在工作面，应力集中，易造成底板破坏突水，是预防的重点。
1.3隔水层
隔水层对突水起阻挡作用。
其阻水能力是由其厚度、岩性组合及力学强度决定的。
厚度越大，越不易出水。
其岩性组合及力学强度是控制底板岩层采动影响的重要因素。
当煤层底板岩层软硬相间时，不易形成裂隙；
当底板岩层自近（煤层）而远强度由弱到强时，岩层间易形成采动裂隙。
如陶阳矿九、十层煤底板岩层分别为粘土岩、粉砂岩、中砂岩，力学强度由弱到强，受矿压作用易形成采动裂隙而突水。
煤层到底板含水层之间的距离由采矿破坏深度、有效隔水层厚度及导高三部分组成（导高是承压水沿底板导水裂隙上升的高度）。
起阻水作用的主要是有效隔水层厚度。
如果矿压对底板破坏深度大，导高又大，则有效隔水层厚度相对减小，工作面底板就容易出水。
因而我们只有采取防治水措施，减少矿压对底板的破坏深度，消除导高，就能增加有效隔水层厚度，预防出水。
1.4含水层
含水层的富水性及水压对工作面底板突水有重要作用。
含水层的富水性是突水大小的物质基础，它决定着突水后水害的规模及对矿井的威胁程度。
富水性与其岩溶裂隙发育程度、迳流条件、构造发育情况及埋藏深度等因素有关。
含水层的水压是工作面底板出水的动力。
表现为静水压力及动水压力两种形式。
未出水前表现为静水压力，静水压力对隔水层裂隙具有顶劈扩大作用，水压愈高，作用愈显著；
出水后承压水头降低，含水层的水位能转化为动能，这时以动水压力为主。
其作用主要表现在出水后，裂隙被冲刷扩大，充填物质不断被带走，通道越来越畅通，出水量越来越大。
肥城煤田太原群九、十层煤底板徐灰、奥灰含水层水压大、富水性强，是威胁太原群煤层尤其是九、十层煤开采的主要含水层，是预防的重点。
含水层与隔水层是同一矛盾的两个方面。
含水层富水性强水压大，易造成出水，而隔水层厚度大，则越有利于阻水。
其中水压与隔水层厚度存在一定的关系。
如图4是根据陶阳煤矿历次工作面突水资料绘制的水压与底板隔水层厚度的临界线图，临界线下方为安全区，一般不发生突水，以上为不安全区，易造成突水。
根据数理统计原理计算，临界线可用下式表示：
M＝14+12.7p
式中M……隔水层厚度（m）
p……水压（MPa）
当水压P＝0时，M=14m，可理解为导高（有的理解为采矿破坏深度），临界线斜率为12.7，其倒数为0.078，实际上是突水系数TS。
以上公式数据基本符合我矿实际，因资料不全，上式有待于进一步验证。
综上所述，造成工作面底板突水的因素很多，但总概括起来不外乎矿压、断裂、隔水层、含水层四个方面。
针对以上突水因素因地制宜，采取相应的防治水措施，就能有效地预防出水。
2工作面底板水防治
根据以上分析，结合矿区实际，我们认为搞好底板水防治主要应从以下几方面入手。
2.1采取措施，减少矿压对底板的破坏作用
⑴缩短工作面倾斜长，工作面斜长对底板的影响，实际上是矿区对底板的破坏深度问题。
工作面斜长越大，压力越大，底板采动破坏深度增加，工作面底板越易出水。
据有关资料，工作面斜长与底板破坏深度可用如下关系式表示：
H=0．294L0.80
式中
H……采矿破坏深度（m）
L……工作面斜长（m）
由上式可以看出，采矿破坏深度随工作面斜长增加而增加，工作面斜长越大越易出水。
此式经验证基本符合矿区实际。
如陶阳煤矿9801面平均斜长90m，按上式计算H为10.8m，回采过程中未出水，而相邻的9803工作面斜长120m，H为13.5m，回采过程中出水20m3/h；
9503工作面东段斜长60m，H为7.8m，回采未出水，推采至9503面西段时，斜长增至110m，H为12.6m，结果回采过程中出水20m3/h，如下表：
工作面斜长与突水关系表
工作面名称
斜长
L（m）
H（m）
隔水层厚
（m）
导高
出水量
（m3/h）
9801
90
10.8
30.5
17
无
9803
120
13.5
29.6
18.5
20
9503东段
60
7.8
25.5
7.47
9503西段
110
12.6
27.8
10.9
30
根据陶阳煤矿工作面斜长与出水关系，分析认为受徐灰、奥灰水威胁的工作面斜长应不超过100米为宜。
⑵加强初压面管理，人工放顶
初压面顶板不易冒落，悬顶面积大，矿压对底板破坏最严重。
根据前面分析，初压及第一次周压地段是最易出水地段，因而加强初压面管理十分重要。
肥城局规定，在开切眼时要打好放顶眼，回采时悬顶走向8米，倾向20米，要及时人工放顶，并要求各矿认真执行，对预防工作面出水有重要作用。
如陶阳煤矿9808等九层工作面顶板为泥灰岩，不易冒落，为减少矿压对底板的破坏作用，回采前在切眼打好放顶眼，回采时柱子穿鞋，工作面推进后，及时进行人工放顶，大大减弱了矿压对底板的破坏作用，有效地防止了初压面出水，使该面得以安全回采，可见初压面管理的重要性。
2.2注浆改造是预防工作面出水的有效措施。
在同水害斗争的过程中，经过长时间摸索总结，认为注浆改造是预防工作面出水最有效措施。
该技术是通过地面注浆站集中造浆、注浆，井下施工注浆孔向介于煤层和奥灰强含水层之间的薄层灰岩（即徐灰）注浆，预防出水的综合防治水技术。
实践证明该技术是成功的。
陶阳煤矿自1987年开始对徐灰进行注浆改造采煤，至今共施工钻孔441个，进尺28294m，注水泥35367t，粘土7025.5t，解放受水威胁的九、十层工作面28个，解放储量236万t，现已安全回采21个工作面，安全采媒157万t，一直未出大水，保证了矿井的安全生产，取得很好的经济效益，对稳定矿井生产规模起了重要作用。
注浆改造作用及特点表现在以下几个方面：
⑴改变了含水层的富水性。
在注浆压力作用下，浆液沿裂隙扩散、沉析、结石，使徐灰岩溶裂隙基本上为粘土水泥浆充填，富水性大大减弱，甚至不含水。
使徐灰强含水层变为弱含水层甚至隔水层。
如陶阳煤矿9906工作面共施工40个底板徐灰注浆孔，第一期26个孔，平均水量为88m3/h，最大单孔水量152m3/h。
经过粘土水泥注浆后，第二期又施工了14个孔，平均水量仅为30m3/h，最小水量8m3/h。
表明第一期注浆改造后，平均水量减少了58m3/h。
⑵切断奥灰与徐灰的补给通道。
注浆过程中，在注浆压力作用下，浆液沿徐灰与奥灰的联系通道向下扩散、沉析，缩小或堵塞通道断面，减少或切断了奥灰对徐灰的补给水量，使突水水源得到控制。
⑶加固底板隔水层，提高其抗破坏强度。
⑷注浆改造可消除导高，增加有效隔水层厚度。
通过注浆改造，浆液能有效地充填含水层至隔水层的导水裂隙，消除导高，使原来含水、导水的裂隙带变成纯隔水层，增加了有效隔水层厚度，对预防出水极有利。
例如：
陶阳煤矿9503工作面（图5），水文条件极为复杂，在东西走向长590m，南北倾斜宽110m的范围内发育大小断层25条，其相邻的9902面、9501面回采过程中曾出水36—57m3/h，被迫停采撤面，9507面回采过程中出水17940m3/h，曾淹没中一井。
该面构造极为复杂，施工的注浆孔水量多在100m3/h以上，最大230m3/h。
36个孔中有导高的钻孔32个，占89％，最大导高25m，而该面煤层至五灰间距27.8m，如不进行注浆改造，回采过程中极有出大水之可能。
经过注浆改造后，注入水泥4473t，取得了良好的效果。
注浆完后施工的检查孔，五灰水量仅为20m3/h，五灰以上隔水层中没水，说明经注浆后，导高已被消除，有效隔水层厚度增加，现该面已安全回采。
2.3预防断裂出水
根据前面分析，断裂是造成工作面底板突水的主要因素之一。
“逢突必断”已为人们所共识。
预防断裂出水是矿井防治水工作的主要内容之一。
具体内容应包括以下几个方面：
⑴全面分析区域构造特征，研究断裂展布规律。
根据每个面的巷道揭露情况及钻探资料，查明工作面断裂分布情况，为预防断裂出水提供依据。
⑵按规定留设断层煤柱，特别是对于可能导水断层，则须研究按规定留足防水煤柱。
⑶分析断裂性质及力学特点，属于张性导水断裂，在巷道穿过前，要按规定提前探查并进行注浆加固，达到预期效果。
否则不能直接揭露。
⑷对断层交叉点、尖灭端、褶曲轴部等构造发育地段要重点加固防治，预防工作面回采过程中出水。
⑸巷道穿过断层带时，要加强支护，以防滞后出水。
⑹认真研究滑动构造特点。
滑动构造易形成“层状”充水带，对底板威胁面大。
要及时分析资料，对滑动构造明显的地段要重点防治。
2.4疏水降压
水压是造成工作面出水的重要因素，通过疏水降压可以降低水头压力，减少水压对底板的“顶劈”作用，预防出水。
对于富水性强的含水层，疏水降压作用不大。
如陶阳煤矿中一井在东本矿联合放水时放水量为1650m3/h，规模较大，但徐灰、奥灰水位下降很少，单位降深水量高达533m3/h，效果不明显，因而采用疏水降压采煤，对富水性强的徐灰、奥灰含水层，既不经济也不可能实现。
对于富水性差，补给水源不丰富，水压大的含水层，疏水降压效果明显，可采用疏水降压的方法减少水压对底板的作用，达到预防出水的目的。
如陶阳煤矿中三井田7100上山，在掘进时，因下伏四灰含水层富水性不强但水压大，对底板具有一定威胁，据水文规程规定，我们经过计算，调整了钻孔放水量，降低四灰水头压力，使其小于安全水头，保证了7100上山的安全掘进。
因而疏水降压对富水性不强，补给水源不丰富，但水压大的含水层效果比较显著。
3结束语
综上所述，影响工作面底板突水的因素很多，但概括起来主要有矿压、断裂、隔水层、含水层四个方面。
针对突水因素，根据不同的水文地质条件，采取注浆改造，合理布置工作面斜长，加强初压面管理等一系列防治水措施，可以减少矿压对底板的破坏作用，改变徐灰水源层的富水性，加固工作面底板，消除导高，增加有效隔水层厚度，预防出水，保证矿井安全生产。
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