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防范煤层顶板离层水害风险

时间:2023-04-20 来源:中国煤炭报 分享:

煤层顶板离层水(以下简称离层水)是厚煤层开采过程中逐渐形成的一种新水害,在《煤矿防治水细则》于2018年颁布实施以前,并没有离层水这一概念。离层水具有较强的隐蔽性和突然性,近年来,陕西省多处矿井的综采工作面发生过离层水溃水事故,给矿井生产和矿工生命安全带来了很大威胁。

笔者在调研中发现,仍有煤矿工程技术人员对离层水的概念不清,对其形成原理、特点、危害认识不足,应对措施不力,导致离层水溃水事故接连发生。

在厚煤层推采过程中,采空区冒落带上覆岩层渐渐下沉,由于岩性的差异,不同岩性的岩石沉降速度不同(《煤矿防治水细则》称为不均匀变形),逐渐离层形成空腔。与此同时,沉降地层由下向上产生大量裂隙,并不断向上延伸,贯穿侏罗纪直罗组、白垩纪洛河组等主要含水层,含水层的砂岩孔隙水沿着导水裂隙逐渐向离层空腔汇集。由于泥岩地层具有一定的隔水作用,离层空腔积水会随着时间推移越积越多,积水量越来越大,对底部岩石的作用力也越来越强。随着采矿活动引发的覆岩破坏等持续进行,当空腔积水的重力与空腔底部岩层的支撑力之间的平衡被打破时,离层水会突破离层空腔底部岩石最薄弱的部位突然溃出,从采空区涌入工作面(一般多从两端头或工作面低凹处涌入工作面),形成突水事故。离层水来势凶猛,可能在很短时间内造成严重水害事故,甚至还会带来瓦斯超限等次生灾害风险。

通过以上分析可知,离层水的形成主要有以下三个要素。一是采煤工作面上覆岩层的中下部有泥岩,在形成离层空腔时,位于离层空腔底部,起到了相对隔水作用。二是开采厚煤层,因为开采薄煤层难以形成离层空腔。三是采高比较大,采空区上覆岩层产生的裂隙发育较高,能够突破主要含水层底界。

离层溃水的危害性是显而易见的。溃水溃沙会吞噬矿工生命;造成工作面瓦斯等有害气体超限;泥沙、矸石等携带物常常会淤塞水仓,堵塞排水管路,导致工作面排水系统瘫痪;会从两顺槽低洼处阻断风流,加速有害气体聚集,导致缺氧窒息事故发生;会导致滞采,从而进一步导致工作面压力变大,出现压架,甚至导致片帮冒顶。以上危害已多次在山西省某矿区出现。

离层水只要具备条件都会形成。离层水是否会导致生产安全事故,一要看地质充水条件,二要靠技术管理。

本人结合多年来的工作经验,总结出以下防范措施:一是根据采煤工作地质结构情况和开采见方周期,选择适当位置,布置适量钻孔,从地面向开采工作面煤层顶板打泄水孔,或在泄水巷向可能产生离层空腔的底部打疏水钻孔,提前将可能形成离层空腔的“锅底打破”使其难以积水。二是通过深孔爆破或压裂等技术破坏可能形成离层空腔的底部隔水层岩层,使其不具备储水条件。三是在采煤过程中,通过物探或其他手段查明主要出水点,对含水层涌水进行抽放,消除其对生产活动的威胁。四是合理确定工作面采高,通过限高开采,控制导水裂隙带的发育高度,使导水裂隙不突破主要含水层底界,消除导水通道。五是加强工作面的排水和清淤能力,确保发生透出事故时能够将工作面积水及时排出,防止排水系统瘫痪。六是加强工作面水情水害的观测和预报,修订完善水害预警预案及防范措施。七是强化防治方面专业技术人员的培训和继续教育,提高技术人员专业素养和能力,确保人员充足、设备完好、预判精准、措施可靠、执行到位。

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