带压开采煤层底板破坏突水规律分析

能源研究

带压开采煤层底板破坏突水规律分析白慧君（山西焦煤集团有限责任公司西山煤电西曲煤矿，山西古交030200）

摘要：带压开采是深部回采中极为常见的一种回采作业条件，有效掌握回采中的底板突水规律对于提升矿井综合效益

具有积极意义。以此为着手点，对带压开采煤层底板破坏突水规律开展了分析探究。结合具体工程实际，对底板破坏突水规律开展了相似模拟研究，并对研究结果进行了分析总结，希望能够为其他矿井相似工作的开展提供借鉴与参考。关键词：矿井；带压开采；底板突水；相似模拟；突水规律中图分类号：TD745+.2文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2019)10-0033-02

AnalysisofWaterInrushLawofCoalSeamFloorFailureinMiningunderPressure(XiquCoalMine,XishanCoalElectricityGroup,ShanxiCokingCoalGroupCo.,Ltd.,Gujiao030200,Shanxi,China)Abstract:Pressureminingisaverycommontypeofminingoperationindeepmining.Itisofpositivesignificancetoeffectivelygraspthefloorwaterinrushlawofmininginimprovingthecomprehensivebenefitsofamine.Takingthisasastartingpoint,thepaperanalyzedandexploredthelawoffloorwaterinrushofcoalseamswithpressuremining.Combinedwiththeactualengineeringpractice,asimilarsimulationstudywascarriedoutonthelawoffloorfailurewaterinrush,andtheresearchresultswereanalyzedandsummarized.Itishopedthatitcanprovidereferenceforthesimilarworkofothermines.Keywords:mine;pressuremining;floorwaterinrush;similarsimulation;waterinrushlaw

BAIHuijun

0引言

伴随矿井回采深度的不断增加和矿井生产机械化程度的持续提升，带压开采中的底板破坏突水事故逐渐成为井下生产中影响生产安全的主要因素之一，加之底板突水发生过程具有较强的隐蔽性，这使得对其防范难度更大。鉴于此，对带压开采时的煤层底板破坏突水事故开展针对性分析，总结其突水规律，有助于更好地进行突水防治作业，提升作业安全性。和砂质泥岩互层，厚度介于1.9耀5.9m；老顶为砂岩层，厚度介于5.2耀6.8m，岩层中节理、裂隙发育充分；下部直接底为厚度均值8.2m的砂岩层。根据前期地质勘测和三维地震勘探可知，在回采范围内共存在10条断层，其中，大落差断层5条，均对回采有着一定影响。针对此，必须在回采中加强对断层的监测，以便提前制订有效的防治措施。2相似模拟系统设计分析

1工程概述

A矿井田范围内广泛分布有数量众多的富水层，在井下深部回采中各作业面均会不同程度地受到高压底板水的威胁，并在以往回采中先后出现过多次突水现象，在造成巨大经济损失的同时也引起了一定的人员伤亡。现阶段，A矿井下回采煤层为2#煤层，对其回采有影响的含水层主要为太原组灰岩含水层和奥陶系灰岩裂隙含水层，这两个含水层均有着较好的连通性，属于富含水层，最大水压可达7MPa。其中，太原组灰岩含水层与煤层间隔23耀41m，均值32.4m，为2#煤层底板主要充水层，对生产安全的威胁最为突出。2102回采面为A矿正在开采的2#煤层回采作业面，其倾向长度为182m，走向长度为1200m。所采2#煤层厚度介于5.9耀6.6m，均值6.1m，倾角均值2毅，属于近水平煤层。作业面回采煤层上部直接顶为泥岩收稿日期：2019-08-19

作者简介：白慧君，1987年生，男，山西五台人，2011年毕业于中北大学电气工程及其自动化专业，助理工程师。

结合A矿2102回采面实际地质状况，设计相似模拟试验系统，对其底板破坏突水规律进行分析研究。所设计系统共包括4个构成部分：a)模拟试验台，尺寸为1800mm伊1400mm伊500mm（长伊宽伊高）；b)水压控制系统，构成组件包括水泵、水压控制台和水箱；c)千斤顶；d)数据收集系统[1]。3试验结果分析

为有效降低试验误差，在正式试验前，在相同的试验条件下进行多次小试验，以全面监测试验系统密封性并确定试验时合理的底板突水水压值。通过测算，确定试验时底板突水水压为0.04耀0.048MPa。随后，进行一次完整的作业面底板突水相似模拟。3.1底板破坏规律分析图1为不同回采距离下煤层底板破坏突水过程模拟示意图，图中右上角数值为实时突水水压大小。作业时，首先通过注水管向煤层底板含水层注水，并借助孔隙压力感应装置对水层水压进行观测控制，将其维持在0.04耀0.045MPa。当水压保持稳定后，自距离模型边界·33·

2019年第10期2019年10月

40m处开始进行回采作业，采高设定为3m，每次回采向前推移5m。当向前推移25m后，作业面直接顶发生初次垮落；当向前推移30m后，回采面老顶发生初次垮落；当向前推移35m后，底板隔水层上部开始A矿突水试验

A矿突水试验

产生裂隙。裂隙层次分明，其中，主裂隙竖直向下分布，裂隙宽度20mm，深度7耀9m，处于作业面后部10m处；次裂隙以30毅交角向上一直延伸至煤层底板（见图1）[2]。A矿突水试验

A矿突水试验

a)开挖前

图1不同回采距离下煤层底板破坏突水过程模拟示意图

b)开挖10mc)开挖20md)开挖35m

隔水层上部区域出现裂隙的同时，下部灰岩含水层中水体开始向上渗透，其导升带显著增大。随着回采作业继续向前推移，作业面后部不断产生全新裂隙，与此同时已有裂隙不断向深部发展延伸，各小裂隙相互贯通，逐渐形成大裂隙，裂隙宽度与深度均显著增加，宽度最大可达30mm，深度最大可达18m，表明底板破坏程度大幅增加。当向前推移至40m时，初始竖直裂隙区域开始出现显著的底鼓现象，并伴随有一定的突水现象。随着回采作业的继续进行，在距离煤壁10耀15m时，突水水压达到最大，底板大幅突水的同时顶板发生切落，回采面瞬间被水沙混合物填满，导致回采面彻底破坏。突水后，突水水压迅速下降，直至恢复正常水平。综合上述分析可知，底板中的采动裂隙是诱发底板突水的主要因素，而围岩矿压则是诱发原生裂隙和新裂隙产生的关键因素。深部围岩矿压的存在不仅会导致底板隔水层完整性遭到破坏，使得其隔水性能及自身强度大幅降低，还会在承压水的双重影响下形成贯通，导致突水。3.2底板视电阻率变化规律分析利用直流电法仪对相似模拟试验中的底板岩体视电阻率进行测试，从而判定底板导水破坏深度和出水点位。试验分为3个阶段（开挖前、开采中和突水后）进行岩层电阻率测定，前2个阶段分别测定3次，后1个阶段测定2次，以降低系统误差。伴随回采作业的向前推移，作业面底板岩层视电阻率出现显著的变化，其中突水点位置位于第4电极周边区域（作业面煤壁后方15m处，与开切眼间隔40m），也是回采面实际发生突水的位置；同时分析视电阻率相关数据，可测算得出作业面底板破坏深度为19m左右，这表明观测数据与试验数据基本一致。上述试验结果表明，视电阻率的变化能够有效反映回采作业时底板裂隙演化规律和底板破坏情况，这说明在回采作业过程中，可以通过直流电法对作业面底板破坏演变情况进行测试。4结语

随着矿井回采作业深度的持续增加，深部带压回采成为越发常见的一种回采作业现象，而在深部回采中，底板突水一直是威胁生产安全的主要因素。因此，采用有效的方式对带压回采时的底板突水规律开展深入的分析研究和规律总结，对于有效指导生产实际，提升矿井生产作业安全性有着积极意义。参考文献：［1］陶文朋.巨厚煤层整层带压开采突水危险性评价［J］.内蒙古

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（责任编辑：刘晓芳）

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探放水设计通过精密的分析和计算，可以准确确定上覆物探异常区的积水面积、积水量、钻场的布置格局、各个钻孔的钻探深度、探放水技术要求、排水系统情况、应急撤人措施等主要内容，再严格按照设计的要求进行施工，就可以安全、高效地疏放出上覆富水异常区积水。参考文献：［1］李强强.山西经坊煤矿3-807工作面顶板富水异常区验证及涌

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（责任编辑：高志凤）

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