老空积水下工作面安全回采的研究与实践

老空积水下工作面安全回采的研究与实践枣庄通晟实业公司赵培范摘要：本文叙述了枣庄通晟公司对14层煤老空积水区下，16层煤1638工作面的安全开采的探索，并实践了老空积水区下开采的有效途径。关键词：老空积水；导水裂隙带高度；隔水煤柱；探讨1概况枣庄通晟公司地处枣陶煤田西南部，矿井井田总体构造为一单斜构造，地层自东南倾向西北。井田范围内可采煤层有4层。分别为2、14、16、17层煤。1638工作面是16层煤625采区最深部的一个采煤工作面，该面上覆14层煤已采完且采空区积水量达20万t以上。为保证水体下1638工作面的安全回采，围绕开采前对14层煤老空积水是否疏放降压展开讨论。经过分析论证，我们采取了导水断层附近设隔水煤柱的开采方案。2采矿地质条件、水文情况、顶板管理方法1638工作面赋存较深，处于标高-585至-620m之间。该面为一走向长壁对拉工作面，上面长平均120m，下面长平均70m，走向长度平均680m，煤层厚度平均1.0m，直接顶板为平均4.0m厚的石灰岩，个别地段有0.1至0.3m厚的泥岩伪顶，随采随冒。该面上覆14层煤大部分区段已采空，且采空区充满积水，初步计算该区积水在20万m3以上。该区钻孔资料显示16层煤和14层煤层间距平均48m，层间岩性自上而下分别为：14层直接底泥岩层平均厚度13m；9层石灰岩平均厚度2m；沙泥岩互层平均厚度14m；粉砂岩平均厚度15m；10层石灰岩平均厚度4m。已探明1638工作面范围内有一条落差较大且贯穿16层、14层煤的断层，断层具有导水性。3开采方案技术可行性分析14层煤老空区积水是否需要疏放降压，关键取决于1638工作面开采围岩破坏范围，即1638工作面开采后其导水裂隙带是否连通上覆老空积水。一般来说，煤层开采后其上覆岩层根据破坏程度及透水能力划分为3个开采影响带，即：冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。冒落带为煤层开采放顶后其顶板的直接破坏范围，带内岩层发生了断裂冒落，若冒落带的上部达到水体，则会发生溃水事故；裂隙带位于冒落带之上，虽然岩层未出现断裂冒落，但裂隙发育，岩层仍具有一定的透水能力；弯曲下沉带是指裂隙带以上的岩层，本带内岩层只发生弯曲，裂隙数量较少，连通性较弱，导水能力小、岩层基本处于原始物理状态，对水体下采煤是安全的。通常冒落带和裂隙带又合称导水裂隙带，属破坏性影响范围。据此分析，如果1638工作面开采后产生的导水裂隙带高度小于两层煤层间距，则14层老空积水就不会对1638工作面的安全回采构成威胁，也就不需要提前对老空积水疏放降压。另外，该处地质资料显示有一条较大落差导水断层连通两层煤，要确保1638工作面的安全回采，则导水断层附近必须留设足够宽的隔水煤柱。从计算1638工作面开采后的导水裂隙带高度和留设导水断层煤柱两方面论证回采方案的技术可靠性。3.1导水裂隙带高度测算根据经验公式测算导水裂隙带高度，公式为：Hf=100M/(2.4N+2.1)+11.2式中：Hf－导水裂隙带最大高度，mM－煤层开采高度，取1.3m（工作面局部有0.1~0.3m厚泥岩伪顶随采随冒落）N－单层开采，取1计算得1638面开采后导水裂隙带高度为40.1m。小于两煤层间距。分析该区段岩层柱状，14层煤底板为平均13.0m厚的泥岩层，该层泥岩具有较好的隔水性，该岩层至16层煤间距平均35m，由前面经验公式计算可知导水裂隙带的顶部已深入到该泥岩层，泥岩底部在工作面开采后理论上会产生裂隙，但裂隙发育程度越往上越小，基本处于弯曲下沉层位，其隔水性能不会受到较大破坏。如果开采过程中强化现场管理，采取严格控制采高、局部冒顶区适当允填等措施，理论分析不会出现大的透水事故，能够实现安全回采。3.2导水断层附近隔水煤柱的留设该面内断层F1具有导水性，必须留设足够的隔水柱。断层参数如下：F1正断层，落差18m，断层倾角60°，水平错距3m，走向196°(见断层产状示意图)根据理论公式L=H安secθ+Hfctgα，测算出应保留隔水煤柱，L=45.4m，即F1断层下盘至断层应保留煤柱45m，上盘根据煤层岩性取保留煤柱10m。式中：L－断层防隔水煤柱宽度，mHf－导水裂隙带最大高度取40.1mθ－断层倾角，为60°α－岩层塌陷倾角，取矿区内经验数值75°H安导水裂隙带至导水断层间防水岩柱的厚度，取经验数值10m4开采方案实施效果1638工作面自2002年9月中旬开采方案的实施到2003年11月份回采结束。我们采取了相应的配套管理措施，主要是严格控制开采高度、严格按理论测算留设导水断层防隔水煤柱，顶板破碎冒落区采高超过1.3m时，及时采取强制逮顶措施或实施采空区充填等，实践证明方案是成功的。但开采过程中曾由于现场措施落实不到位，顶板破碎冒落带处开采高度达到1.6m以上且采空区充填质量差，该处面长20m范围内一度出现顶板淋水增大情况，总淋水量达0.2m3/min，由于该工作面采取炮采工艺、用单体支柱配交接顶梁支护顶板，淋水成线已影响到炮采工艺的实施，威胁到顶板安全管理，为此我们及时采取了新掘全煤切眼、留设隔离煤柱封闭采空区的措施。此后通过加强现场措施兑现力度，再没有出现顶板淋水事故，导水断层上下盘隔水煤柱严格按方案留设，开采过程中未出现水情威胁。开采过程中始终加强了对顶板淋水的观测，尤其工作面采至导水断层附近，每班设专人观察顶板淋水及采空区出水情况，并坚持向公司调度室每班报岗两次。实践证明，老空积水下采煤方案的选择是正确的。5经济技术效果老空积水下1638工作面的安全开采顺利回收了煤炭资源10万t，产值3000万元以上，在不疏放上覆老空区积水的情况下实现了安全生产，比打钻孔探放老空积水排至地面，至少节省资金100万元，具有明显的经济效益。同时也为矿区内类似条件煤层老空积水下采煤提供了科学依据。作者简介：赵培范，男，山东胶州人，高级工程师，1991年毕业于山东矿业学院采矿工程系，现任枣庄通晟实业公司采煤副总工程师，曾发表论文数篇。