东曲矿24808 工作面上覆采空区充水水源与充水系数分析_裴利军.pdf

参考文献 [1] 虎鹏.王洼二矿 110507 工作面沿空掘巷窄煤柱合理宽度 及支护设计[J].煤,2019,28 （10） 19- 21. [2] 孙柏彦. 斜沟煤矿厚煤层孤岛综放工作面沿空掘巷技术 应用[J].煤,2019,28 （08） 23- 26. [3] 包海昇. 孤岛工作面窄煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究 [J].矿业装备 , 2019 （04） 38- 39. [4] 张煜. 孤岛综放面窄煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究[J]. 煤,2019 , 28 （07） 13- 1521. [5] 张鹏鹏,郝兵元,王凯,黄小朋,闫树鹏,魏娟.综放开采沿空 掘巷小煤柱宽度留设及支护技术研究[J].煤炭科学技术, 2018,46 （05） 40- 46. 作者简介 左文录 （1986-），男，河北省石家庄市人 ，2010 年 7 月 毕业于太原理工大学采矿工程专业， 助理工程师， 现从事煤 炭开采技术工作。（收稿日期 2020- 1- 16） 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 0引言 煤矿在采掘作业过程中，会受到各种水害的威 胁， 我国煤矿生产中水害事故中， 工作面采掘作业致 使贯通采空区积水的事故占到约 30。回采工作面 在进行回采作业前， 必须对上覆采空区的积水进行有 效的探测与疏放，由于采空区内积水的因素较为复 杂， 积水的赋存状态形式多样， 积水的总量不清楚等 均给工作面回采前的探放水作业带来困难， 给工作面 的安全回采带来隐患。 本文以东曲矿 24808 工作面上 覆采空区积水为研究背景， 具体分析采空区积水的充 水因素， 并对采空区积水探访水作业后的采空区充水 系数进行分析， 充分保障工作面回采作业时的安全。 1工程概况 西山煤电集团东曲矿 24808 工作面位于 4 煤层 东曲矿 24808 工作面上覆采空区充水水源与充水系数分析 裴 利 军 （西山煤电集团东曲矿 ，山西 古交 030200 ） 摘要 为保障 24808 工作面回采作业时不出现突水现象， 结合矿井 2 煤层及 4 煤层的地质条件， 进行 2 煤层采空区充水水源及充水通道的分析，根据分析结果可知， 24808 工作面回采前必须进行 上覆采空区的疏放水作业， 在工作面进行探放水作业时， 进行各项参数的监测， 结合地质条件进行上 覆采空区充水系数的分析。结果表明 24808 工作面探放水作业后， 上覆 2 煤层采空区的充水系数为 0.3， 满足煤矿防治水细则要求， 能够进行 24808 工作面的回采作业。 关键词 采空区积水； 充水水源； 充水系数 中图分类号 TD745文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0035- 03 Analysis of Water Filling Source and Water Filling Coefficient in Overhead Mined Area of Dongqu Mine 24808 Working Face PEI Lijun （Dongqu Mine, Xishan coal electricitygroup , Gujiao 030200 ， China ） Abstract In order to ensure that no water inrush phenomenon occurs during the mining operation of the 24808 working face, combined with the geological conditions ofthe 2 coal seamand 4 coal seam, the analysis ofthe water source and channel ofthe 2 coal seamgoafis based on the analysis results. Before the working face is mined, the dredging and drainage operations of the overburden goaf must be carried out. When carryingout the exploration and drainage operation at the workingface, various parameters are monitored, and the water fill coefficient of the overburden goaf is analyzed in conjunction with the geological conditions. The results show that the water- filling coefficient of the mined- out area ofthe 2 coal seam after the 24808 working face is 0.3, which meets the requirements of coal mine water control regulations, and can perthe miningoperation at the 24808 workingface. Key words Water in goaf; water source ; water fillingcoefficient 35 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 八采区，工作面埋藏深度 274m～427m， 4 煤层均厚 为 1.68m， 4 煤层与 2 煤层间的平均间距为 5.0m， 上覆为 2 煤 22107、 22108 采空区，根据矿井地质资 料可知， 22107 工作面采空区预计存在积水区域， 将 积水区域命名为 A2- 7，根据以往勘探资料知该区域 积水范围在 24808 轨顺侧 200m- 280m 范围上方， 积 水数量约为 9900m3； 22108 工作面采空区存在积水 区域， 将其命名为 A2- 8， 预计积水范围在 24808 工作 面 101m- 400m范围内上方， 积水量为 35900m3， 具体 如图 1 所示。 现为有效分析工作面上覆采空区充水水 源与充水系数， 进行理论分析与探放水作业。 图 124808 工作面位置及上覆采空区积水情况示意图 2采空区充水因素分析 2.1充水水源分析 采空区内积水的充水水源主要受到地质及水文 条件、 气候和地形地貌的影响， 采空区积水的主要充 水水源包括地表水、 大气降水、 松散含水层及碎屑岩 类含水层，现结合 24808 工作面的具体地质条件， 2 煤层回采完毕后， 采空区内的积水主要由地表水与顶 板砂岩含水层组成， 现具体针对这两种充水水源进行 分析 1 ） 大气降水 根据 4 煤层的赋存条件可知， 煤层 埋藏深度较浅， 煤层底板标高为 838m～854m， 根据矿 井的地质报告分析 2 煤层回采完毕后，采空区的导 水裂隙带只会发育到基岩岩层中， 不会与地表之间形 成贯通， 但局部采空影响较大的区域也存在着导水裂 隙带与地表之间出现贯通的现象， 进而导水大气降水 通过该部分导水裂隙进入到采空区， 成为采空区积水 的一部分， 具体大气降水的渗透形式如图 2 所示。在 煤层回采完毕初期，由于采动影响并未达到稳定状 态， 上覆岩层的采动裂隙未全部封闭， 地表水能够较 为顺畅的通过导水裂隙进入到采空区区域， 随着采空 区的逐渐压实， 导水通道会逐渐压密， 进而使得地表 水渗入采空区内的量会逐渐减小。 图 2大气降水进入采空区示意图 图 3顶板砂岩含水层水源的采空区积水示意图 2 ） 顶板砂岩裂隙水 2 煤层回采完毕后， 采空区 内的积水的主要水源为顶板砂岩含水层， 含水岩组在 岩性上均表现为砂岩、 泥岩互层的组合。岩层内风化 裂隙及构造裂隙发育， 使其表层往往赋存风化裂隙潜 水， 深部赋存层间裂隙承压水。 各时代地层中砂岩、 泥 岩互层的组合特征， 决定了砂岩是两类裂隙水的主要 含水介质，绝大多数风化裂隙泉水出流于砂岩体中。 2 煤层回采完毕后，导水裂隙带已经与采空区之间 形成贯通，致使含水层的水会逐步流入采空区内， 具 体导流形式如图 3 所示。 2.2充水通道 工作面回采后顶板冒落所形成的垮塌、 裂隙属典 型的采矿扰动类导水通道。 采空区顶板岩层的破坏变 形形态与规律受到采空空间几何结构， 顶板岩性及其 组合， 矿床产状及采矿方法， 岩石应力环境及受力状 态等多种因素的控制。 采空区上方可形成破坏的冒落 带和导水裂隙带以及产生变形的整体移动带， 采空区 积水的主要导水通道为垮落带及裂隙带。 根据众多理论研究与工程实践结果表明，针对 软弱顶板，工作面回采后冒落带与裂隙带的计算公 式如下 Hm 100∑M 6.2∑M32 1.5 H li 10∑M ■ 5（1 ） 式中 Hm为冒落带高度m； H li 为导水裂隙带高 度m； M为采厚m， 根据 2 煤层及 4 煤层的具体 地质条件，能够得出 2 煤层开采后冒落带高度 Hm5.25- 2.23m， 导水裂隙带高度 H li 17.45m， 4 煤层 回采完毕后， 冒落带高度 Hm5.46- 2.46m， 导水裂隙 带高度 H li 17.96m， 基于该数据可知在 24808 工作面 36 ChaoXing 孔号钻孔位置 方位角 / 倾角 / 孔深 /m 贯通区域 1拐 2 测点前 28m78108622108 采空区 2拐 2 测点前 30m78108422108 采空区 3拐 2 测点前 7m6898222108 切眼空巷 4拐 2 测点前 8m6898222108 切眼空巷 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 采作业时， 导水裂隙带必定会与 2 煤层采空区贯通， 需在工作面回采前进行上覆 2 煤层采空区的探放水 作业。 3采空区充水系数分析 3.1采空区探放水 为充分保障 24808 工作面回采时的安全， 在工作 面回采前，进行上覆 2 煤层采空区积水的探放水作 业， 在 24808 工作面轨道顺槽与轨道顺槽联络巷的的 交叉点处， 及 2 拐点区域进行探放水作业， 施工探放 水孔 4 个， 每个探放水孔的各项参数如表 1 所示。 表 12 煤层采空区探放水孔施工各项参数表 根据现场探放水的具体情况， 24808 工作面施工 4 个探放水孔， 在 3 月 6 日 ～6 月 25 日期间进行探放 水作业，在进行作业时对涌水量及水压情况进行记 录，根据记录结果得出 4 疏水孔共计疏水 59000m3， 具体各个钻孔的探疏水情况如表 2 所示。 表 224808 工作面探疏水钻孔记录表 根据表 2 中的数据可知， 24808 工作面施工的探 放水钻孔有效的对上覆 2 煤层 22108 工作面采空区 的积水进行有效的疏放， 为 24808 工作面的回采作业 提供了保障。 3.2采空区充水系数分析 现为对 24808 工作面探放水作业后， 上覆 2 煤 层采空区内积水量进行有效的评估，以保障工作面 回采作业时不会出现顶板突水事故。根据工作面进 行探放水作业期间记录得到的水压大小、高差等各 项参数能够对采空区的充水系数进行分析计算， 根 据众多理论研究与工程实践可知采空区充水系数的 计算公式如下 W FMK cosα （2 ） 式中 W 为采空区的积水量， m3； α 为煤层的倾 角， ； K 为采空区的充水系数， F 为采空区的水平面 积， m2； M为煤层的厚度， m；根据 24808 工作面的具 体地质条件， 取 F76330m2， α3， M2.0m； 基于工 作面在 3 月 5 日 ～6 月 25 日期间的探放水作业可知， 共计疏放采空区水 59000m3， 在疏放水期间由于大气 降水、 含水层渗水等补给水量约为 13200m3， 故能够 得出采空区积水量 W45800m3，将上述数据代入式 （2 ） 中能够计算得出， 采空区的充水系数 K0.3。根据 煤炭行业防治水细则可知，在进行工作面回采作业 前，应充分保障上覆采空区的充水系数在 0.3～0.5 的 范围内，基于此可知， 24808 工作面在进行探放水作 业后，上覆 2 煤层采空区的充水系数满足防治水细 则要求， 能够进行工作面的回采作业。 4结论 根据 24808 工作面的地质条件及上覆 2 煤层采 空区积水量的具体情况，通过具体分析上覆 2 煤层 的充水水源及充水通道， 值 24808 工作面回采前必须 对上覆 2 煤层的采空区积水进行有效疏放，根据探 放水记录得出共计疏放上覆采空区积水 59000m3， 疏 放水后采空区的积水系数 K0.3， 满足煤矿防治水细 则要求， 为 24808 工作面安全回采提供了保障。 参考文献 [1] 陈晓晴,高良敏,张海涛.谢桥矿 13_- 1煤层采空区充水 系数定量研究及应用[J].煤炭技术,2016,3510191- 192. 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