煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术.pdf

第4 6 卷第2 期 2 0 2 1 年2 月 煤炭学报 J O U R N A L0 FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 6 N o ．2 F e b ．2 0 2 l 煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术 乔伟1 ”，王志文1 ，李文平1 ，吕玉广1 ’3 ，李连目0 4 ，黄阳5 ，贺江辉1 ，李小琴1 ，赵世隆1 ，刘梦楠1 1 ．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6 ；2 ．矿山水害防治技术基础研究国家级专业中心实验室，江苏徐州2 2 l l l 6 ；3 ．内蒙 古上海庙矿业有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯0 1 6 2 9 9 ；4 ．陕西金源招贤矿业有限公司，陕西宝鸡7 2 1 0 0 0 ；5 ．陕西永陇能源开发建设有限公 司，陕西宝鸡7 2 l o o O 摘要顶板离层水害对煤炭生产的威胁日益增大，近年来成为矿井水害防治的研究热点。系统整 理和归纳了国内外关于煤矿离层水害的研究进展，从煤矿离层水的形成机制、致灾机理、水害预测 预警及关键防治技术4 个方面，对煤层覆岩离层水害问题进行阐述。综述了采动覆岩离层研究及 覆岩离层水形成机理，将煤层覆岩离层水的形成归纳为3 个基本条件可积水离层、离层周边存在 补给水源、离层空间持续时间足够长。根据开采条件、覆岩的工程地质条件、导水通道形成原因与 突水特点，从多煤层叠加开采下的重复扰动突水、多煤层叠加开采下动力突水、单煤层开采下的静 水压涌突水及侏罗系煤田离层水害形成机制4 个方面阐述离层水害致灾机理；重点分析了侏罗系 煤田3 种典型的离层突水形成机制崔木、招贤煤矿高位离层水害形成机制、新上海一号煤矿间歇 式离层突水形成机制、携泥砂型离层水害；根据能量源和表现特征将离层水害归为三大类离层动 力突水、离层静水压涌突水以及离层携泥砂井下泥石流。从可积水离层位置预判、离层突水周期性 预测及离层涌突水水量预测3 个方面总结了覆岩离层水害预测方面的研究进展。分析介绍了目前 主要的离层水害防治方法，结合目前离层水害较为严重的鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田，分析了鄂尔多 斯盆地侏罗纪煤田离层水害防治的难点高位离层突水出现的强矿压问题以及离层水害引发的溃 砂问题。提出离层水害防治未来的发展与研究方向开展离层水害采前精准预测分区研究；发展钻 探、地球物理探测等勘察技术使覆岩破坏从“灰箱”变为“白箱”；发展离层水害综合防控技术体系。 关键词离层水；矿井水害；形成条件；突水机理；防治方法 中图分类号T D 7 4 5文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 1 0 2 一0 5 0 7 1 6 F o r m a t i o nm e c h a I l i s m ，d i s a s t e r - c a u s i n gm e c h a n i s ma n dp r e v e n t i o nt e c h n o l o g yo f r o o fb e ds e p a r a t i O nw a t e rd i s a s t e ri nc o a lm i n e s Q I A 0w e i l 一，W A N Gz h i w e n l ，L 1w e n p i n 9 1 ，L 0Y u g u a n 9 1 ⋯，L IL i a n g a n 9 4 ，H U A N GY a n 9 5 ， H EJ i a n g h u i l ，L IX i a o q i n l ，Z H A OS h i l o n 9 1 ，L I UM e n g n a n l 1 ． 九。以o ，尺酷础r c ∞Ⅱ蒯＆∞c 曲M 酣，c i n n ‰讹舟蚵∥胧n i 凡gn 蒯z k n o z o ∥，x u 旃o “ 2 2 1 1 1 6 ，饥i №；2 ．№￡i o n ⅡfJ 口雌s s i o n Ⅱzc e n ￡e r 如6 0 m ￡o ∥矿 B ∞沈R e s e 。r c o n 胧舶耽￡e rD 括∞把rP r e w n ￡i o no n dC o 凡￡阳f7 l e c n o Z o 鲁y ，X “抽o “ 2 2 1 1 1 6 ，C i n Ⅱ；3 ．m M r 胁，皤o Z 如5 Ⅱn g 地￡扎，印如M i 凡i n gc 0 ．，厶d ．， D r d 0 5 叭6 2 9 9 ，酰i n o ；4 ．鼬。口舭iJ i 叫M n n 铂a 倒i 帆肘i 凡i 增c 0 ．，厶d ，B Ⅱ蛳7 2 1 0 0 0 ，劬i n Ⅱ；5 ．s 胁肌秭y o 昭如n gE n e 御，上h 孵却Ⅲ小口凡dc 0 邶l 兀刎i o n c o ．，删．，肋叫7 2 l O o o ，∞i M A b s t r a c t T h et h r e a to fr o o fb e ds e p a r a t i o nw a t e rd i s a s t e rt oc o a lp r o d u c t i o ni si n c r e a s i n gg r a d u a l l y ，a n di th a sb e c o m e 收稿日期2 0 2 0 1 2 1 7修回日期2 0 2 卜o l 一0 9责任编辑韩晋平D o I l o ．1 3 2 2 5 ／j c nk i j c c s ．x R 2 0 ，1 9 7 2 基金项目国家自然科学基金资助项目 4 1 7 7 2 3 0 2 作者简介乔伟 1 9 8 4 一 ，男，山东蒙阴人，教授，博士生导师。E m a i l q i a o w e i c u m t ．e du ．c n 通讯作者王志文 1 9 9 7 一 ，男，河南许昌人，硕士研究生。E m a i l w a n g z w c u m t ．e d u ．c n 引用格式乔伟，王志文，李文平，等．煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 l ，4 6 2 5 0 7 5 2 2 ． Q I A 0W e i ，w A N GZ h i w e n ，L 1w e “p i n g ，e 【a 1 ．F o H l l a t i o nm e c h a n i s m ，d i s a s t e r - c a u s i n gm e c h a n i s ma n dp r e v e n 【i n “ l e c h n o l o g yo f m o fb e ds e p a r a t i o nw a t e rd i s a s l e r i nc o a l m i n e s [ J ] ．J o u m a lo f C h i n aC o a ls o c i e t y ，2 0 2 1 ，4 6 2 5 0 7 5 2 2 移动阅读 万方数据 5 0 8 棵冀学旅 2 0 2 1 年第4 6 卷 ar e s e a r c hh o t s p o to fm i n ew a t e rd i s a s t e rp r e v e n t i o na n dc o n t r 0 1i nr e c e n ty e a r s ．T h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l ys u m m a r i z e s t h er e s e a r c hp r o g r e s so fr o o fb e ds e p a r a t i o nw a t e rd i s a s t e ra th o m ea n da b m a d ，a n de x p o u n d st h ep r o b l e mo fc o a lb e d s e p a r a t i o nw a t e rd i s a s t e rf 而mf o u ra s p e c t s f o 肿a t i o nm e c h a n i s m ，d i s a s t e r - c a u s i n gm e c h a n i s m ，p r e d i c t i o na n de a r l y w a m i n ga n dk e yp l _ e v e n t i o na n dc o n t I ‘o lt e c h n o l o g i e s ．A 1 s o ，t h ep a p e rr e V i e w st h er e s e a r c ho nm i n i n go V e r l y i n gb e ds e p - a r a t i o na n dt h ef o 咖a t i o nm e c h a n i s mo fb e ds e p a r a t i o nw a t e r ，a n ds u m m a r i z e st h ef b 啪a t i o no ft h eb e ds e p a r a t i o nw a t e r i n t ot h r e eb a s i cc o n d i t i o n s t h eb e ds e p a r a t i o nw h i c hc a na c c u m u l a t ew a t e r ，t h ee x i s t e n c eo fr e c h a r g ew a t e ra m u n dt h e s e p a r a t i o n ，a n dt h es e p a r a t i o ns p a c el a s t i n gl o n ge n o u g h ．A c c o r d i n gt ot h em i n i n gc o n d i t i o n s ，t h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l c o n d i t i o n so ft h eo v e r b u r d e nr o c k ，w a t e rc h a n n e lf b 瑚a t i o nr e a s o n sa n dw a t e ri n r u s hc h a r a c t e r i s t i c s ，t h ep a p e re x p o u n d st h ed i s a s t e r c a u s i n gm e c h a n i s mo ft h eb e ds e p a r a t i o nw a t e rd i s a s t e rf } o mf b u ra s p e c t s r e p e a t e dd i s t u r b a n c ew a - t e ri n m s hu n d e rm u l t i c o a ls e a ms u p e r i m p o s e dm i n i n g ，d y n a m i cw a t e ri n r u s hu n d e rm u l t i c o a ls e a ms u p e r i m p o s e d m i n i n g ，h y d r o s t a t i cw a t e ri n m s he m u e n tu n d e rs i n g l ec o a ls e a mm i n i n ga n dt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fb e d - s e p a r a t i o n w a t e rd i s a s t e ri nJ u m s s i cc o a lf i e l d ．1 h r e et y p i c a lf o 珊a t i o nm e c h a n i s m so fb e ds e p a r a t i o nw a t e ri n m s hi nJ u r a s s i c c o a l 6 e l d sa r em a i n l ya n a l y z e d t h ef 0 瑚a t i o nm e c h a n i s mo fC u i m ua n dZ h a o x i a nh i g hb e ds e p a m t i o nw a t e ri n l l l s h ，t h e f o m a t i o nm e c h a n i s mo fN e wS h a n g h a iN o ．1i n t e 咖i t t e n tb e ds e p a r a t i o nw a t e ri n m s h ，a n dt h em u d c a r r y i n gs a n dt y p e b e d s e p a r a t i o nw a t e ri n n l s h ．A c c o r d i n gt o t h ee n e r g ys o u r c ea n dp e d ’o 咖a n c ec h a I ．a c t e r i s t i c s ，t h eb e ds e p a r a t i o nw a t e r i n l l J s hc a nd i v i d ei n t ot h r e ec a t e g o r i e s d y n a m i cw a t e ri n I u s h ，h y d r o s t a t i cw a t e ri n l l J s ha n du n d e r g r o u n dd e b r i sn o w w i t hs a n da n dm u df } o mb e ds e p a r a t i o n ．T h er e s e a r c hp r o g r e s so fb e ds e p a r a t i o nw a t e rd i s a s t e rp r e d i c t i o ni ss u m m a r i z e df 而mt h r e ea s p e c t s t h ep r e d i c t i o no ft h ep o s i t i o no fw a t e rs e p a r a t i o n ，t h ep e r i o d i cp r e d i c t i o no fb e ds e p a r a t i o nw a t e ri n l l J s ha n dt h ep I ℃d i c t i o no fb e ds e p a r a t i o nw a t e ri n m s h ．T h em a i np r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e t h o d so fb e ds e p a r a t i o nw a t e rd i s a s t e ra I ℃a n a l y z e da n di n t r o d u c e d ，a n dt h ed i m c u l t i e so ft h ep r e v e n t i o na n dc o n n ．0 lo fb e ds e p a r a t i o nw a t e rd i s a s t e ri nJ u r a s s i cc o a l f i e l d so fO r d o sB a s i ni n c l u d et h es t r o n go r ep r e s s u r ec a u s e db yw a t e ri n m s h i n ga th i g hb e d s e p a r a t i o nl e v e la n dt h es a n dc o U a p s ec a u s e db yw a t e ri n n J s h i n ga th i g hb e ds e p a r a t i o nl e V e l ．T h ep a p e rp r o p o s e st h e f ．u t u r ed e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c hd i I ．e c t i o no fb e d - s e p a r a t i o nw a t e rd a m a g ep r e V e n t i o na n dc o n t r o l t oc a n 了o u tt h er e s e a r c ho nt h ea c c u r a t ep r e d i c t i o na n dz o n i n go fs e p a r a t e dl a y e rw a t e rd i s a s t e rb e f o r em i n i n g ；t od e V e l o pt h ee x p l o r a t i o n t e c h n o l o g i e ss u c ha sd r i l l i n ga n dg e o p h y s i c a le x p l o r a t i o nt oc h a n g et h eo V e r b u r d e nd a m a g ef 而m “g r a yb o x ”t o “w h i t e b o x ”；t od e v e l o pt h ec o m p r e h e n s i v ep r e v e n t i o na n dc o n t m lt e c h n o l o g ys y s t e mo fs e p a r a t e dl a y e rw a t e rd i s a s t e r ． K e yw o r d s w a t e ri nb e ds e p a r a t i o n ；m i n ew a t e rd i s a s t e r ；f o r m a t i o nc o n d i t i o n s ；w a t e ri n r u s hm e c h a n i s m ；p r e V e n t i o na n d c o n t m 】m e t h o d s 煤层开采是较为剧烈的工程与环境效应，常引发 地质与环境灾害问题。煤层开采过程中覆岩会发生 变形、破断并形成大量裂隙，这些裂隙包括水平裂隙、 近水平裂隙、顺层裂隙、垂直裂隙和斜交裂隙等，沿岩 层间或层内顺层方向拉开的裂隙被称为离层裂 隙 简称离层 。离层空间上下岩层若存在含水层， 会导致离层空间充水，离层水体若涌人采掘空间即形 成离层水害。 随着煤矿开采深度增大，多煤层开采、厚及特厚 煤层开采、覆岩工程地质特性差异以及复杂水文地质 条件等原因，顶板离层水害时有发生，并具有瞬时水 量大、具有周期性和突水征兆不明显等特点。当覆岩 中存在风化、软、弱岩层等工程地质性质较差的岩层 时，涌突水量较大的离层涌突水往往携带泥、砂、石等 物质，危害极大。煤矿防治水细则中的定义离层 水是指煤层开采后，顶板覆岩不均匀变形及破坏而形 成的离层空腔积水。目前发生过离层水害的矿井分 布区域广泛、涉及开采煤系齐全，且不同煤矿离层水 的形成条件及影响因素、致灾原因以及水害强度等方 面存在差异，由此可见离层水害问题的复杂性。 笔者从煤矿离层水的形成机制、致灾机理、水预 测预警及关键防治技术4 个方面，对煤矿覆岩离层水 害问题进行总结回顾，并展望了矿井离层水害防治的 科学技术方向。 1煤层覆岩离层水形成机制 1 ．1 采动覆岩离层研究 德国学者H ．KR A T z s c H 的著作采动损害及防 护、美国学者s ．s 彭的著作煤矿地层控制、美国 学者比尼斯基的著作矿业工程岩层控制均对采场 覆岩离层的形成与发育进行了分析与研究。3J 。 P A L c H I KV 对水平离层的发育位置、形成发育时间 万方数据 第2 期 乔伟等煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术 等进行了研究，并通过界面卜下岩层的单轴抗压强 度、界面上下岩层的厚度，煤层厚度及煤层与岩层之 问距离等指标，给出了预测采动水平离层存在的判 据”。J ，但并未涉及离层水害问题。 国内可以解释和判断役岩离层发育的主要有关 键层理论、拱梁平衡理论 图1 、“上四带”理沦 图 2 、弹性薄板理论等。关键层控制顶板覆岩的运移 ‘孑破坏，离层最容易发生在关键层与下覆岩层的界面 处，且其发育的最大高度受关键层的控制∽“；拱梁 平衡理论则定义了采动覆岩的力学平衡结构，川展厂 离层分布规律的解释。9 ”；“卜四带”理论则认为离层 发育于弯曲下沉带的底部与裂隙带的顶部范嘲内，并 将采动顶板覆岩划分为四带【。”叫；弹性薄板理沦将 采场顶板覆岩简化为薄板力学模型求解，得到r 离层 发育规律和空问体积的计算方法忙一3 。 极限拱 图1采动覆岩平衡拱移动示意9 F i g ．1 M v P l l l P n l 1 i a g l ‘a n l ，f1 a l a n ’Pa r ‘hi n 【1 1 i n i } 1 9 v e l - 1 L I I 1 P 1 1 ” 罔2 “E 四带”理沦，J i 意“’ 卜1 畴2S c l l P l l Ⅵl i 【． 1 i a g r a l l lo f1 1 1 P “ ⋯一z m e ”1 1 1 J ‘l PJ ⋯ 除此之外，朱庆伟等将覆岩破断演化分为3 个阶 段，并建立了相应的力学模型“。张鑫等通过理沦 分析、数值模拟及t 维地震等多种手段研究r 综放开 采条件下覆岩离层发育位置及离层窄间大小陌。杨 鹏等基于应力信息熵，对采动覆岩应力的演化规律进 行研究，得到了应力信息熵增减与离层发育状态的关 系6 。赵德深、张建全、滕永海等则通过数值模拟、 物理模拟试验、现场实测与理沦分析等手段对采场覆 岩离层的形成条件、时空发育规律与其发育位置及空 间大小等进行研究“ 。4 。。采场覆岩离层的研究较 多，但大多数对于离层的研究都是针对离层注浆减沉 的，针对积水离层的研究较少。 1 ．2 覆岩离层水形成机制 由于岩层的小均匀沉降，先在岩层接触面形成水 平裂隙，后期随着采煤工作面的继续推进，采空区面 积扩火，岩层的跨度、下沉量增加，最终发生拉张破 断，形成竖向裂隙，同时，部分水平裂隙被破坏。那些 没有被竖向裂隙贯穿的水平裂隙是封闭的，可作为储 水卒问，并在积水后形成离层水。离层中水体的主要 补给米源是含水层。 日前国内关于覆岩离层水形成机制的观点众多， 其研究大多是钊1 对单个发生过离层水害的煤矿。李 小琴在对海孜矿7 4 5 工作面突水事故归纳总结得出 覆岩离层水形成的4 个基本条件，即离层周边存在补 给水源、可积水离层一离层的发育位置应位于导水裂 隙带之上、离层空问持续时间足够K 、离层周围岩体 的渗透能力较强。巧。高琳等通过相似材料模拟的方 法提_ } “3 个离层水的形成条件，即离层空间位于弯f H l 带内、离层空间附近含水层富水性灶、充足的离层发 育时问P 。。孙学阳分析了离层水害形成的条件离 层的形成、离层水发育位置、离层周边存在补给含水 层和离层空间持续时问足够长哩“。曹丁涛对济宁二 号矿离层水害研究认为可积水层和层周边存在补给 水源是离层水的形成条件；离层的封闭性、补给含水 层寓水性和离层窄问充水时问等则为影响离层积水 的冈素。1 8 。 此外，贺江辉在对导通道闭合带研究的基础上，认 为c 叮积水离层空问的存在不应仅局限在离层本身，或 者构成离层的上、下位岩层从总体含 隔 水层分布 角度出发提出了五大类积水离层⋯，如图3 所示。 ＼／ ＼／ L ～∑一lI ～j ≯I ～＼／7 一 l 禽．岛m二含一离『禽卜Ⅲ ＼／ ～ 一 ＼＼／ ＼．一 、、／、～／ 3 含离禽阻 4 隔离岔叭 、’’- L ，，一 禽水J ，m 水止 q 川．，则说明凡 1 层岩层没有对第1 层岩层施加载荷，证明离层产生在第n 层与第n 1 层之间，整理得 E 川‰∑p 。 。 p 川∑E 。 ； 2 此后，贺江辉改进的离层位置判别方法提出了逐 级对比合并法心9 | 。范开放针对传统关键层判别离层 公式忽略了岩层组合的力学作用与变形情况，对其进 行了修正㈣J 。P A L C H I KV 利用气井排气的特性进 行了离层带和裂隙带发育高度的现场实测研究，结合 覆岩相关特点和实测结果总结出了离层的判别公 式‘4 ’6 1 1 为 K 2 √詈 ．n 尝n 鲁 一。 鲁 c 3 ～日＼ 盯b b ／＼ 。／ 、7 其中，K 为判别系数，若大于0 则产生离层，小于0 则 不产生离层；m 为开挖煤层的厚度；日为从开采煤层 到岩层界面的距离；盯。和盯。分别为岩层界面上方和 下方的岩石单轴抗压强度； 。和危。分别为岩层界面 上方和下方的岩层厚度；危。为裂隙带范围内关键层 万方数据 5 1 6 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 的厚度；n 0 ．0 7 为统计系数。 除此之外，不少学者通过数值模拟 如F L A c ， 3 D E c 软件 与相似材料模拟等手段，对离层发育位 置进行预测旧’5 3 ’6 1 刊] 。 3 ．2 离层突水周期性预判 煤层顶板覆岩离层水突水是一个由离层的形成、 发展、积水，到突水及新的离层形成的动态过程。煤 层顶板覆岩的周期性破断，使得离层突水也呈现出周 期性特点，但是由于每个周期内形成的离层空间体积 大小不同，所以每次离层突水的规模也各不相同，一 般来说首次出现的离层空间体积最大，其突水规模也 最大‘2 7 ’5 2 ] 。 对周期性离层突水，研究顶板覆岩离层的时空发 育规律对于离层突水的预测有着重要作用。方刚、娄 金福等从玉华、红柳、崔木等煤矿的周期性离层突水 案例中研究得出周期性离层突水与周期性来压和覆 岩 亚 关键层的周期性破断有关，即离层出水位置 往往是覆岩 亚 关键层破断处且伴随周期来 压“ 2 ’6 2 ’6 5 “7 | 。因此，周期来压步距与周期跨落步距是 预测离层突水周期性的关键。张文忠推导了在考虑 水体浮托力下的离层破断距L 计算公式旧副为 厂1 币一 ￡～．／竺{ 2 [ ∑九 n 1 危] c o tp 4 j 、q p g n 式中， 为悬露岩层的分层厚度，m ；R ．为含水层中基 本顶的极限抗拉强度；g 为含水层中基本顶上部载 荷；g 为重力加速度；∑ 为覆岩的垮落厚度，m ；日 为岩层垮落角。 3 ．3 离层涌突水水量预测 目前有关离层涌突水水量预测的研究还较少。 若可积水离层被积水完全充满时，离层水的体积即为 可积水离层的总体积，即离层水的最大体积为各可积 水离层的体积之和，因此对于离层涌突水水量的预测 可转化为离层空间体积的预测。 程新明等提出了经验类比法来计算离层涌突水 水量帕8 | 。根据相关文献资料检索情况，以及淮南矿 区对采动离层裂隙发育情况的实地监测与统计，发现 离层裂隙体积y 与煤层回采体积K 存在正比例关 系，即 y y 坎 5 式中，7 为比例系数，％，根据相似矿井或工作面已有 的离层裂隙监测资料进行回归统计确定。 对于周期性离层涌水的矿井，可以通过之前离层 涌突水水量的观测资料，得出离层涌水量与工作面推 进的相关关系，进行下一次离层涌突水水量预测；除 此之外，还可以通过附近已开采区域离层涌突水水量 的情况，对工作面离层涌突水水量进行预测。 4 离层水害防治方法与难点 4 ．1 防治方法 要想达到离层水防治效果的最大化，就要设计合 理可行的离层水防治方案。对于不同的工程，因其地 质条件与工程条件的不同，其离层水的防治方案与措 施也不同。近年来，由于离层水害的频发，对于离层 水害防治的研究也逐渐增加，目前对于离层水害防治 的方案步骤基本一致。首先，确定可积水离层可能发 育的位置与周边含水层的富水性，判断该工作面上覆 离层水的形成条件；然后在采前对周边补给含水层进 行有效疏放，在回采过程中对离层水进行探放；最后 增加工作面与矿井的排水能力，建立矿井水情动态监 测及水害预警”2 | 。 根据前述章节叙述可知离层水害的4 个基本条 件①可积水离层一离层空间具有“封闭性”；②离 层周边存在补给水源；③一定长的离层空间充水时 问；④具备导水通道。离层水害防治措施从这4 个 条件出发。 钻孔疏放是目前主要的离层水害防治方法在掌 握离层积水发育位置后，对其进行疏放。疏放钻孔可 以预疏放离层补给水源，破坏离层空间的可积水性， 疏放离层空间积水，以破坏离层水害形成的基本条件 达到防治目的。采场顶板离层水疏放孑L 可分为井下 导流孑L 、截流孔与地面直通式泄水孔。积水离层位置 距下伏工作面较近时，可采用井下疏放孔治理；对崔 木、招贤等煤矿积水离层发育位置较高，井下上仰施 工困难的情况，可采用地面直通式泄水孔进行离层水 的疏放。 1 井下离层水导流孔。其目的是在覆岩离层 水对工作面造成影响之前，对覆岩离层水进行超前疏 放，减小回采期间覆岩离层积水对工作面的影响。井 下离层水导流孔应指向离层空间，终孔于离层积水 区，如图1 l 所示。 2 井下离层水截流孔 超前疏放孔 。其目的 是疏放离层补给含水层，阻截其对离层空间的补给， 以减小离层空问获得的补给量，从而减小离层积水对 工作面的影响。其中截流孔终孔于离层补给含水层， 指向工作面外。离层水截流孔须在工作面回采之前 进行施工，并进行疏放水，如图1 2 所示。 3 直通式泄水孔。针对崔木、招贤等煤矿高位 离层水害，因其离层与下部工作面之间大多数为泥岩 层，井下施工困难，可以采用地面直通式泄水孔对采 万方数据 第2 期乔1 ；} j 等煤矿顶板离层水害形成机制、敛灾机理及防治技术 5 17 图1 l井下离层水导流孔示意 r i g ．11S ’h P n l a t i 1 1 i n g r a n l f t I i 、，e I s i nh l ef i 1 ．1 e 1s e p “l ’a t i n w a l e r 图1 2 』} 下高层水截流孔示意 F 碡l2S 【．1 1 ㈨1 a l i 【．t l i d 盯a 1 1 1 f ‘L l l l f f1 1 f l l P 胁 I ‘9 l Ⅲa t i J 1 1 、v d c P l ． 场顶板离层水进行疏放n2 I 。直通式泄水孔的作门1 与 离层水导流孔作』H 相同，都是提前疏放离层空问r l t 的 积水，以减小回采期问对下部工作l f I 『的影响。刈‘r 直 通式泄水孔，应指向离层空问，终孔于冒落带顶部，如 图l3 所示。 。。 ‘。。‘．砂岩禽水层1 离层水 一 泥岩一 一 地㈣l ’1 0 垣』℃泄水孔 ．． r．．【 ．． 1 卜f _ ．卜 一，J ，l l 工亡砚I 薤越彘鼬霸疑醐 图1 3 地向直通式泄水孔2 占构列i 憋 F i g ．1 3S l I I I c “I l a I 1 i a g r a l l l fs t l ’a i g l l ll h r u g hI l r a i nh 门P i 11 1 1 Pg l ’o u n 1 除了钻孔疏放的方法外，可以通过控制采高和推 进速度的方法来破坏可积水离层形成的必要条件，阻 止离层水的形成。采场顶板离层空间的持续时间与 煤层开采推进速度成反比，因此，加快一I 作面的推进 速度，可以缩短离层的持续时间，达到减小顶板离层 水积水对下部采场影响的目的。此外由于采场顶板 离层空问积水量取决于离层空问体积大小及离层空 问动态补给量，而离层空间体积发育与工作面的推进 距离有关，凶此，控制推进速度r 叮以控制离层空问积 水量的大小。笔者曾以崔木煤矿2 1 3 0 2 工作面为例， 推算f J j2 1 3 0 2 工作面推进速度与离层水积水越关系， 提出丁，合理的推进速度有效减弱1 r 离层水突水危 害【Ⅺ。在多煤层开采时，通过减小采高，控制导水裂 隙带发育高度，从而避免导水裂隙带直接波及到离层 积水区域，形成导水通道造成顶板离层突水。 在离层突水预警方面不少学者也有所研究，通过 采场附近水文长观孔对离层补给含水层进行水动态 监测，观测顶板含水层的水位、水压等水情动态，并进 行详细记录，町起到突水预警作用1 “，如图1 4 所示。 离层突水时常伴随矿压的增大与瓦斯含量增加的现 象，因此，对一I 作面矿压与瓦斯含量的检测，f l ，辅助水 动态峪测，共同起到突水预警作用。此外曹海东基于 对红柳煤矿1 1 2 l 工作面突水实例的研究，认为泥岩 隔水层厚度是覆岩离层突水问题的关键，并推导了发 生离层水害的泥岩厚度计算公式与离层水体位置计 算公式，可用于覆岩离层水害的预警‘孑防治。‘“。6 9J 。 2【二 嗣忒吕吕 早窜窜窜争阜辜争 昌高高曷曷昌昌昌 I 期阳i1 | I j 目 ㈥1 4崔术煤矿济河组水位一片下涌水的关系曲线 F i g ．1 4l { P l a I i 1 1 b l l i pc L 】l 、P 1 P t 、v P P l l Ⅵa t e l l1 P 、P la n 1 u 1 1 1 t ，r g r o L l l l I 、v a I P l ．i 1 1 n o w fL L l 1 1 Pf i l I n a t i o l li n L l i l l l - o a ll l l i I l P 4 ．2 防治难点及对策 本节结合日前国内离层水害最，l E 蓖的鄂尔多斯 盆地侏罗纪煤| { 1 开展卡H 关分析。由f 文叙述_ n r 知，鄂 尔多斯盆地侏罗纪煤『丌离层水害防治的难点是① 商位离层突水出现强矿压，表现为冒顶、抽顶、煤壁片 帮、支架压死等现象；②离层水害引发的溃砂问题严 承，造成[ 作面及部分巷道被淹。 刈’于高位离层水害，从矿井突水水源、通道和强 度3 个角度分析，高位离层水害有以下特点①其突 水“水源”为发育于白翟系与侏罗系接触带之间高位 离层空问积水体，其补给水源为白垩系巨厚、高压含 水层，f I L 具有一定的体量和周期性发育特点；②突水 “通道”主要为采动引发的侏罗系覆村纵向主导水裂 O O O O O O O m ∞ ％ ∞ 蚴 ∞ ％ uI声_芒≤毫煌 万方数据 5 1 8 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 缝，其沟通离层空间是引发突水的主要原因，纵向主 导水裂缝受