摘要：本文通过案例分析，阐述水害在煤矿中带来的危害，并论述探放水工作在煤矿安全生产中的重要性。根据我矿实际生产情况，开展灵北煤矿Ⅳ3煤层北部采区上覆Ⅳ1煤层采空区水害防治的研究、论证分析、探放水工作及取得的效果，从而保证我矿回采Ⅳ3 煤层期间顺利进行。
关键词：IV1煤层采空区 水害防治 安全回采
近年来，煤矿安全形势保持了总体稳定发展的态势，取得了较好的效果。但是，形势依然严峻，做为煤矿主要灾害之一的水害事故仍然时有发生，如山西王家岭煤矿2010年3月28日突水事故；2012年4月13日山西襄垣善福联营煤矿发生的突水事故等，给国家和人民生命财产造成的损失是巨大的，因此，我们必须提高警惕，做好矿井水害的超前防治工作，为煤矿安全生产保驾护航。
一、矿井概况
扎赉诺尔煤业公司灵北煤矿十二井于1982年7月1日开始建设，1985年7月1日投产，设计生产能力45万吨/年，2006年核定生产能力84万吨/年，现生产能力60万吨/年。目前进入末采阶段。
灵北煤矿现已形成一矿一井一采面的生产格局，可采煤层为Ⅳ1煤层和Ⅳ3煤层，Ⅳ1煤层于2013年4月回采完毕，Ⅳ3煤层南区已回采完毕，现仅有Ⅳ3煤层北区一个采区进行回采。现采面为左四片中层，采用走向长臂后退式采煤法，全部垮落法管理顶板，单体配合π型顶梁进行支护。
二、井田位置、范围
灵北煤矿位于扎赉诺尔煤田向斜西翼南侧，开采大磨拐河Ⅳ层群煤层。地理坐标为：东经117°39′52″～117°45′51″，北纬49°22′24″—49°27′01″，行政区划归内蒙古自治区满洲里市扎赉诺尔区管辖。
三、工程概述
灵北煤矿自1985年投产以来，始终在IV1煤层及IV3煤层南区进行采掘活动，随着资源的枯竭，IV1煤层及IV3煤层南区全部回采完毕，接续采区为IV3煤层北部采区（以下简称IV3北区）。IV3北区设计走向长3900 m，设计倾斜宽 655 m，面积 2.5km2。依据采区内的钻孔资料以及上覆IV1煤层所实际揭露的构造情况，在IV3煤层北区左右两翼布置工作面，中部布置三条下山，实行两翼开采。共布置5个片盘，即左部的左二片、左三片、左四片；右部的右一片、右二片。在各片盘回采前，都针对性的进行了探放水工作。
四、水害影响分析及措施
1、西山矿南斜井井下水对IV3煤层北区回采的影响分析
南斜井因1998年洪水淹井而关闭，因其开采的煤层同为IV3煤层，且IV3煤层北区北部以南斜井F8断层为边界，南斜井在F8断层的下盘回采，灵北煤矿在F8断层的上盘进行回采，为了防止南斜井井下水渗入到IV3北区，需按规程规定，留设足够量的防水煤柱，才能保证安全回采。
由于该断层的导水性能尚不明确，从矿井安全角度考虑，所以按导水断层计算。
依据《煤矿防治水规定》，防水煤柱留设公式为：
Ls＝L1+L2+L3＝Hacscθ+HLcotθ+HLcotδ……①
而：Ha =P/ Ts +10
P=
注：θ为该断层倾角，该断层倾角58°
δ为正岩移塌陷角，该区采用70°
Ha：安全煤柱宽度
P：防隔水煤柱所承受的静水压力，MPa
Ts：临界突水系数：取经验平均值：1.08
公式中P水位深度值为该区域的水深值，经查证该区域上方的水深值为260-220=40m
即：P= 
= 
=4.0m
故Ha=P/ Ts +10=4.0/1.08+10=13.7m ……②
HL = =
=30m……③
将上述值及②、③值代入①计算得：
Ls =L1+L2+L3
=Ha cscθ+HLcotθ+HLcotδ
=13.7csc58°+30cot58°+30cot70°
=16.1+18.7+10.9
=45.7m
上述计算结果即为防水煤柱的留设宽度，即防水煤柱至少留设45.7m，才能保证南斜井的井下水不会导入IV3煤层北区，而在IV3煤层北区设计时，防水煤柱至少留设了100m，大大增加了保险系数。根据IV3北区实际采动情况看，南斜井井下水并没有导入现象，因此证明留设宽度是科学合理的，有效防止了相邻矿井的水害影响，实现了安全回采。
2、IV3煤层北区上覆IV1煤层采空区含水及未冒落严巷道内的积水对回采的影响分析及措施
依据2000年（煤炭工业出版社）出版的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的公式计算导水裂隙最大高度，由于IV3煤层上覆的岩层多为软弱岩层，本次计算采用软弱岩层的导水裂隙高度公式及垮落带高度公式。
导水裂隙高度公式
垮落带高度公式
其中：HD：导水裂隙带高度
Hm：垮落带高度
ΣM：累计采厚
当回采三分层时，采高按2.2m计算，即ΣM=6.6m
则：垮落带高度
代入数据得：
导水裂隙带高度
代入数据得
通过以上计算，导水裂隙带高度最大为38.6m，导水裂隙带高度大于层距间（层间距平距在26m-38m之间），在回采过程中上覆的IV1煤层采空区积水会沿裂隙带导入到IV3煤层北区回采工作面，所以需要在工作面回采前对上覆IV1煤层采空区及未冒落严的巷道进行探放水。
根据IV3北区回采工作面的巷道布置及上覆IV1煤层采空区及没有冒落严的巷道分布情况，分别编制了左二片、左三片、左四片、右二片工作面探放水设计，到目前为止，已经对上述工作面进行了有针对性的探放水工作，根据探放水钻孔的实际情况，IV1煤层未冒落严的巷道及废弃的部分巷道存在一定量的积水，IV1煤层与IV3煤层之间的岩层中不含水。
IV3左二片工作面上覆采空区为IV1煤层二采区二片、三片采空区及二采区左二片皮带巷。左二片皮带巷预计积水长度为860m，巷道断面为2.5×2.5=6.25m²，按30％空间冒落计算：860×6.25×（1-30％）=3763m ³。采空区面积为：860×90=77400m²（积水范围），采空区积水量按：860×90×2.2×0.1=16254m³（充水系数0.1），综合上述两方面的因素预计积水量为：3763+16254=20017m ³。在左二片工作面共计施工探放水孔11个，工程量为455m，其中4个探放水孔总放水量为6100m³。
右二片上层下顺槽为锚网梁支护，巷道走向长1014m，巷道断面为3.0
×2.6=7.8m²按90％空间冒落计算：1014×7.8×（1-90％）=791m ³。右二片上层工作面走向长734m，倾斜宽：141m，采空区面积为：734×141=103494m²（积水范围），采空区积水量按：734×141×2.3×0.1=23803m³（充水系数0.1）综合上述两方面的因素预计积水量为：791+23803=24595m ³。右二片底层工作面共计施工6个探放水孔，工程量为108m，其中3个探放水孔总放水量为12580m³。
IV3左四片工作面上覆IV1煤层采空区为六采区里部左二片工作面。集中皮带巷为锚网梁支护，预计积水巷道走向长1546m（包括五个水仓），巷道断面为2.8×3=8.4m²（高均值2.8m）按40％空间冒落计算：1546×8.4×（1-40％）=7792m ³。六采区里部左二片采空区走向长1228m，倾斜宽：平均174m，采空区面积为：1228×174=213600m²（积水范围）巷道断面为2.5×2.5=6.25m²，采空区积水量按：1228×174×2.3×0.10=49145m³（充水系数0.10），综合上述两方面的因素预计积水量为：7792+49145=56937m ³。在左四片工作面共计施工探放水孔12个，工程量为685m，放水量目前累计51000m³左右，左三片工作面共计施工探放水孔8个，工程量为320m，左三片上覆IV1煤层采空区无积水，以上工作面施工探放水孔总工程量为1568m，三个工作面放水量累计近7万m³。上述工作面在回采前通过针对性的探放水工作提前消除了水害威胁，确保了安全回采。
五、结论
1、由于导水裂隙带最大高度大于IV1与IV3煤层的层间距，上覆煤层没有冒落严的巷道内积水受采动影响后，会沿裂隙带导入到IV3煤层，影响正常的回采。
2、通过对上覆IV1煤层没有冒落严的巷道探放水情况分析，巷道中确实有积水，但探放水设计的积水量与实际放水量不相符，经分析，由于上覆采空区或巷道内的充水系数的选取是参考其他相类似地区的经验数值，可能存在事实上的偏差，有待今后的工作中加以验证。
3、由于是第一次在上覆IV1煤层采空区下进行防治水工作，防隔水煤柱的留设及导水裂隙带高度计算，特别是上覆IV1煤层未冒落严巷道的积水系数，仍需要进一步验证，以便在今后能及时有效的进行水害防治工作。
4、通过导水裂隙带及垮落带高度计算分析，灵北煤矿进行了大量的防治水工作，防治水害取得了一定的效果，对本区域水文地质条件类似的其他矿井有借鉴意义。
作者简介：陈培友（1972-），男，河北沧县，地质工程师，现任中国华能扎赉诺尔煤业有限责任公司灵东煤矿生产技术科副科长，大专学历，主要从事采掘现场管理工作。
论文作者:陈培友
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：煤层论文; 采空区论文; 巷道论文; 工作面论文; 北区论文; 积水论文; 裂隙论文; 《基层建设》2018年第30期论文;