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摘 要：神华宁夏煤业集团红柳煤矿首采工作面初采186m范围内发生了4次较大规模的突水，最大突水量达到了3000m3/h，工作面两次被迫停产。通过对首采工作面水文地质条件的分析论证，认为造成工作面突水的原因是采后形成的离层水，对已施工离层水探放钻孔的分析、验证，总结出离层水的探放经验和防治措施。
关键词：突水 离层水 防治 技术
中图分类号：TD742 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0069-02
1 矿井概况
红柳煤矿位于宁夏灵武市马家滩镇境内，井田南北走向长约15km，东西走向宽约5.5km，面积约79.55km2。矿井设计可采储量11.88亿t，设计年生产能力800万t，服务年限99年。
矿井采用斜井、立井混合开拓，2011年2月进入联合试生产，工作面采用走向长壁综合机械化一次采全高采煤方法，现主要开采侏罗系中统延安组2煤和3煤。
2 水文地质简介
井田含水层由上而下划分为以下五个主要含水层：
（1）第四系孔隙潜水含水层（Ⅰ）。
（2）侏罗系中统直罗组裂隙孔隙承压含水层（Ⅱ）。
（3）2煤～6煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层（Ⅲ）。
（4）6煤～18煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层（Ⅳ）。
其中（Ⅱ）含水层全井田发育，广泛分布，以粗粒砂岩为主，多为2煤直接顶板，富水性较强，渗透性相对较好，是影响井田的主要充水含水层。
井田勘探报告中将红柳井田划分为水文地质条件简单类型，预测矿井正常涌水量618m3/h，最大涌水量713m3/h。生产后，矿井实际涌水量与勘探报告预测涌水量存在较大差异，生产期间正常涌水量950m3/h，最大涌水量1360m3/h。红柳煤矿委托西安煤科院对矿井水文地质类型重新进行了划分，确定矿井水文地质类型为复杂型。
3 离层水成因及形成条件
3.1 离层水成因
当工作面回采后，顶板破坏，离层空间逐渐形成，上、下分层粗砂岩含水层水顺着导水裂隙带涌入井下，矿井涌水正常，此时泥岩隔水层遇水膨胀、松散，逐渐填堵了导水裂隙，类似于“再造隔水层”，使得离层成为了可以储水的地质体，直罗组粗砂岩含水层虽然渗透性较弱，但是其具有孔隙水的特征，一旦可储水的离层空间形成，地下水通过原生裂隙、孔隙充填到离层空间，使得离层成为了一个相对稳定的“储水体”，此时整个地层处于平衡状态，随着工作面的继续推进，顶板破坏强度加大，伴随着周期来压，老顶大面积垮落、断裂，原先的平衡被打破，离层水瞬间溃入工作面，造成突水。
3.2 离层水的形成条件
（1）2煤顶板的岩性及其组合特征。
红柳煤矿首采工作面所采煤层为侏罗系中统延安组顶部2煤，该工作面2煤平均厚5.28m，2煤直接顶为粉、细砂岩，厚度8～10m，老顶为直罗组下段下分层粗砂岩含水层，厚度14.66～47.17m，平均厚度22.2m；其上为7.0～25.5m粉砂岩、泥岩，平均厚度20m，为隔水层；再向上为厚29.07～41.76m，平均厚40.6m的直罗组下段上分层粗砂岩含水层。正是2煤这种特殊的岩性组合为离层形成提供了条件。
（2）工作面开采前未整体进行疏放水，为离层水的形成提供了水源条件。
（3）首采工作面开采初期设备运行不正常，回采速度慢，时采时停，给顶板的缓慢下沉及离层水的蓄积提供了条件。
4 离层水防治技术
4.1 根据以往勘探成果，分析顶板覆岩中隔水关键层及组合特征，判断形成离层水的可能性
北京煤科院利用钻孔冲洗液漏失量观测和地面钻孔彩色电视法确定的工作面顶板覆岩破坏“两带”高度，即导水裂隙带高度为62.59m，为采厚的11.85倍；垮落带高度为42.76m，为采厚的8.10倍。通过分析导水裂隙带内顶板覆岩中的含、隔水层，确定是否具备形成离层的岩性组合条件。
4.2 采前对煤层顶板直罗组底部粗砂岩含水层进行有效疏放
每个工作面开采前在风、机巷及切眼，根据老顶周期来压步距每60m布置1个钻场，施工3～5个钻孔，呈扇形覆蓋整个工作面，另外向工作面周边富水区域施工一部分钻孔，疏放水周期为2～3个月，待水量减小趋于稳定，水压降至0.3MPa以下时方可回采。
在具备条件的工作面采用中长距离定向钻机施工疏放水钻孔，选用ZDY6000LD（A）和ZDY6000LD型号钻机，钻孔最深达650m，增加钻孔在含水层中的穿行距离，可直接覆盖工作面，采用定向钻孔施工可缩减钻孔工程量，提前进行疏放水，提高疏放水效率。根据已施工钻孔涌水量观测资料，常规钻孔平均单孔最大涌水量21m3/h，稳定涌水量为5.9m3/h。定向钻孔平均单孔最大涌水量48m3/h，稳定涌水量为18m3/h。
4.3 回采过程中探放离层水
红柳煤矿2煤工作面垂向上的离层水发育最低点标高在距煤层顶板以上45～55m，平面上位于机巷煤帮15～60m范围，2煤回采周期来压步距为60m，工作面开采过程中在每次周期来压前10～15m对可能形成的离层水进行探放。
根据离层水的探放经验，在钻孔设计施工中应注意下列技术问题。
（1）从发育时间上看，离层水是随着工作面的向前推进逐步发育的，即随采随形成。离层水探放钻孔在施工时间上要紧密结合工作面的回采进度和垮落步距，施工时间过早离层水尚未大规模形成；施工时间过晚可能会影响工作面的正常推进。
（2）先期施工的钻孔随着工作面的推进，顶板覆岩移动破坏，钻孔会在一定程度上被破坏，影响疏水效果。
（3）受覆岩条件的影响，钻孔在放水过程中会出现塌孔、堵孔现象，下设钢制筛管后，疏水效果明显。 （4）由于离层发育位置的限制，设计的钻孔参数要精确，施工要严格按照设计进行。
4.4 加强回采工作面涌水量预测
涌水量预测采用静储量和动态补给量联合预测的方法，采用解析法和比拟法进行计算，通过已回采工作面数据分析，总结出适合本矿涌水量计算的相关参数，计算的涌水量与工作面回采后的实际涌水量值相差较小，提前配备好相应的排水设施。
对于顶板含水层水静储量的预测，当疏放水钻孔总水量大于静储量预测值，并且钻孔残余水量等于或者小于动态补给量时，即可认为顶板水疏放效果良好，达到了疏放水的目的；否则，需要延长疏放时间或适当加密疏放水钻孔。
4.5 工作面设计时在最底点施工泄水通道，保证采空区涌水能顺利排出
每个采区首采工作面开采前委托西安煤科院对工作面开采水文地质条件進行评价，工作面达到安全回采标准后方可开采。工作面回采过程中加快推进速度，减少顶板离层水的大量蓄积。
5 防治效果
（1）I010201工作面顶板水疏放钻孔自2010年5月13日开始施工，截至2010年11月21日，累计施工钻场39个，共104个钻孔，总进尺15612.5m，累积疏放水量63.5万m3，钻孔疏放水效果明显，通过疏放含水层静储量，降低了水头高度，消减了工作面周期性涌水的峰值涌水量，从而达到工作面采后涌水平稳泄出的目的。
I010201工作面离层水探放钻孔自2010年9月29日开始施工至2011年5月29日结束，累计施工钻场13个，共39个钻孔，总进尺4421.8m，下入筛管971.5m，累计疏放水量52万m3。
通过施工顶板水疏放钻孔和离层水探放钻孔，工作面在恢复生产后，采空区涌水量稳定在40～60m3/h，工作面连续安全回采1185m至结束。
（2）经过不断对2煤顶板含水层水文地质条件的认识，已探索出一套切实可行的顶板水（包括离层水）防治措施，通过采取采前疏放水、回采过程中探放离层水的措施，保证工作面的安全回采。
参考文献
[1] 孙魁.煤矿水害致灾机理研究[D].西安科技大学，2016.
[2] 杨吉平，李学华.工作面顶板离层水积水量预测及探放方案[J].湖南科技大学学报：自然科学版，2012，27（3）：1-4.
关键词：突水 离层水 防治 技术
中图分类号：TD742 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0069-02
1 矿井概况
红柳煤矿位于宁夏灵武市马家滩镇境内，井田南北走向长约15km，东西走向宽约5.5km，面积约79.55km2。矿井设计可采储量11.88亿t，设计年生产能力800万t，服务年限99年。
矿井采用斜井、立井混合开拓，2011年2月进入联合试生产，工作面采用走向长壁综合机械化一次采全高采煤方法，现主要开采侏罗系中统延安组2煤和3煤。
2 水文地质简介
井田含水层由上而下划分为以下五个主要含水层：
（1）第四系孔隙潜水含水层（Ⅰ）。
（2）侏罗系中统直罗组裂隙孔隙承压含水层（Ⅱ）。
（3）2煤～6煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层（Ⅲ）。
（4）6煤～18煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层（Ⅳ）。
其中（Ⅱ）含水层全井田发育，广泛分布，以粗粒砂岩为主，多为2煤直接顶板，富水性较强，渗透性相对较好，是影响井田的主要充水含水层。
井田勘探报告中将红柳井田划分为水文地质条件简单类型，预测矿井正常涌水量618m3/h，最大涌水量713m3/h。生产后，矿井实际涌水量与勘探报告预测涌水量存在较大差异，生产期间正常涌水量950m3/h，最大涌水量1360m3/h。红柳煤矿委托西安煤科院对矿井水文地质类型重新进行了划分，确定矿井水文地质类型为复杂型。
3 离层水成因及形成条件
3.1 离层水成因
当工作面回采后，顶板破坏，离层空间逐渐形成，上、下分层粗砂岩含水层水顺着导水裂隙带涌入井下，矿井涌水正常，此时泥岩隔水层遇水膨胀、松散，逐渐填堵了导水裂隙，类似于“再造隔水层”，使得离层成为了可以储水的地质体，直罗组粗砂岩含水层虽然渗透性较弱，但是其具有孔隙水的特征，一旦可储水的离层空间形成，地下水通过原生裂隙、孔隙充填到离层空间，使得离层成为了一个相对稳定的“储水体”，此时整个地层处于平衡状态，随着工作面的继续推进，顶板破坏强度加大，伴随着周期来压，老顶大面积垮落、断裂，原先的平衡被打破，离层水瞬间溃入工作面，造成突水。
3.2 离层水的形成条件
（1）2煤顶板的岩性及其组合特征。
红柳煤矿首采工作面所采煤层为侏罗系中统延安组顶部2煤，该工作面2煤平均厚5.28m，2煤直接顶为粉、细砂岩，厚度8～10m，老顶为直罗组下段下分层粗砂岩含水层，厚度14.66～47.17m，平均厚度22.2m；其上为7.0～25.5m粉砂岩、泥岩，平均厚度20m，为隔水层；再向上为厚29.07～41.76m，平均厚40.6m的直罗组下段上分层粗砂岩含水层。正是2煤这种特殊的岩性组合为离层形成提供了条件。
（2）工作面开采前未整体进行疏放水，为离层水的形成提供了水源条件。
（3）首采工作面开采初期设备运行不正常，回采速度慢，时采时停，给顶板的缓慢下沉及离层水的蓄积提供了条件。
4 离层水防治技术
4.1 根据以往勘探成果，分析顶板覆岩中隔水关键层及组合特征，判断形成离层水的可能性
北京煤科院利用钻孔冲洗液漏失量观测和地面钻孔彩色电视法确定的工作面顶板覆岩破坏“两带”高度，即导水裂隙带高度为62.59m，为采厚的11.85倍；垮落带高度为42.76m，为采厚的8.10倍。通过分析导水裂隙带内顶板覆岩中的含、隔水层，确定是否具备形成离层的岩性组合条件。
4.2 采前对煤层顶板直罗组底部粗砂岩含水层进行有效疏放
每个工作面开采前在风、机巷及切眼，根据老顶周期来压步距每60m布置1个钻场，施工3～5个钻孔，呈扇形覆蓋整个工作面，另外向工作面周边富水区域施工一部分钻孔，疏放水周期为2～3个月，待水量减小趋于稳定，水压降至0.3MPa以下时方可回采。
在具备条件的工作面采用中长距离定向钻机施工疏放水钻孔，选用ZDY6000LD（A）和ZDY6000LD型号钻机，钻孔最深达650m，增加钻孔在含水层中的穿行距离，可直接覆盖工作面，采用定向钻孔施工可缩减钻孔工程量，提前进行疏放水，提高疏放水效率。根据已施工钻孔涌水量观测资料，常规钻孔平均单孔最大涌水量21m3/h，稳定涌水量为5.9m3/h。定向钻孔平均单孔最大涌水量48m3/h，稳定涌水量为18m3/h。
4.3 回采过程中探放离层水
红柳煤矿2煤工作面垂向上的离层水发育最低点标高在距煤层顶板以上45～55m，平面上位于机巷煤帮15～60m范围，2煤回采周期来压步距为60m，工作面开采过程中在每次周期来压前10～15m对可能形成的离层水进行探放。
根据离层水的探放经验，在钻孔设计施工中应注意下列技术问题。
（1）从发育时间上看，离层水是随着工作面的向前推进逐步发育的，即随采随形成。离层水探放钻孔在施工时间上要紧密结合工作面的回采进度和垮落步距，施工时间过早离层水尚未大规模形成；施工时间过晚可能会影响工作面的正常推进。
（2）先期施工的钻孔随着工作面的推进，顶板覆岩移动破坏，钻孔会在一定程度上被破坏，影响疏水效果。
（3）受覆岩条件的影响，钻孔在放水过程中会出现塌孔、堵孔现象，下设钢制筛管后，疏水效果明显。 （4）由于离层发育位置的限制，设计的钻孔参数要精确，施工要严格按照设计进行。
4.4 加强回采工作面涌水量预测
涌水量预测采用静储量和动态补给量联合预测的方法，采用解析法和比拟法进行计算，通过已回采工作面数据分析，总结出适合本矿涌水量计算的相关参数，计算的涌水量与工作面回采后的实际涌水量值相差较小，提前配备好相应的排水设施。
对于顶板含水层水静储量的预测，当疏放水钻孔总水量大于静储量预测值，并且钻孔残余水量等于或者小于动态补给量时，即可认为顶板水疏放效果良好，达到了疏放水的目的；否则，需要延长疏放时间或适当加密疏放水钻孔。
4.5 工作面设计时在最底点施工泄水通道，保证采空区涌水能顺利排出
每个采区首采工作面开采前委托西安煤科院对工作面开采水文地质条件進行评价，工作面达到安全回采标准后方可开采。工作面回采过程中加快推进速度，减少顶板离层水的大量蓄积。
5 防治效果
（1）I010201工作面顶板水疏放钻孔自2010年5月13日开始施工，截至2010年11月21日，累计施工钻场39个，共104个钻孔，总进尺15612.5m，累积疏放水量63.5万m3，钻孔疏放水效果明显，通过疏放含水层静储量，降低了水头高度，消减了工作面周期性涌水的峰值涌水量，从而达到工作面采后涌水平稳泄出的目的。
I010201工作面离层水探放钻孔自2010年9月29日开始施工至2011年5月29日结束，累计施工钻场13个，共39个钻孔，总进尺4421.8m，下入筛管971.5m，累计疏放水量52万m3。
通过施工顶板水疏放钻孔和离层水探放钻孔，工作面在恢复生产后，采空区涌水量稳定在40～60m3/h，工作面连续安全回采1185m至结束。
（2）经过不断对2煤顶板含水层水文地质条件的认识，已探索出一套切实可行的顶板水（包括离层水）防治措施，通过采取采前疏放水、回采过程中探放离层水的措施，保证工作面的安全回采。
参考文献
[1] 孙魁.煤矿水害致灾机理研究[D].西安科技大学，2016.
[2] 杨吉平，李学华.工作面顶板离层水积水量预测及探放方案[J].湖南科技大学学报：自然科学版，2012，27（3）：1-4.