浅埋开采工作面水沙溃涌灾害预测及防治对策

刘 洋

(1.中煤科工集团西安研究院有限公司 水文地质研究所，陕西 西安 710077；2.西安科技大学 地质与环境工程学院，陕西 西安 710054)



浅埋开采工作面水沙溃涌灾害预测及防治对策

刘 洋1，2

(1.中煤科工集团西安研究院有限公司 水文地质研究所，陕西 西安 710077；2.西安科技大学 地质与环境工程学院，陕西 西安 710054)

将水沙溃涌作为渗透破坏的一种形式，将被导水裂缝贯穿的潜水含水层转换成圆形截面，运用完整井理论建立了覆岩破坏涌水裂隙通道的水力坡度表达式，并由Kusaki公式计算得出了影响半径，利用Zamarin式求解求得水力坡度的临界值，同时结合覆岩顶板实际破断情况，将“悬臂”岩梁分为不回转(θ=0°)和回转(θ≠0°)2种情况分别给出了是否发生水沙溃涌的判别式，进而为导水裂隙带(网络性)影响范围内的含水砂岩层疏干降排提供了科学的参考依据和理论基础；另外，针对冒落性裂缝带、网络性裂缝带所引发的水沙溃涌灾害的特征和类型，提出了相应的配套防治对策，确保了开采工作面不发生灾难性水沙溃涌威胁。

富水沙层；水沙溃涌；水头高度；水力坡度

0 引 言

神东煤炭集团地处毛乌素沙漠与黄土高原的接壤地区，2015年实现自产商品煤连续3 a超过2亿t，是中国乃至全球最大的煤炭生产基地。目前主要集中开采浅部煤层资源，该煤层突出赋存特点是埋藏浅(埋深<150 m)、上覆基岩薄(厚度<100 m)，煤层埋藏稳定，赋存条件优越。在矿井开采初期，人们普遍认为其地处毛乌素沙漠缺水地区，矿井水文地质条件简单，开采过程中应不会存在水害问题，然而开采实践表明，由于开采扰动形成的导水沙裂隙通道直接沟通富含潜水的厚松散沙层，导致采掘工作面频发溃水或水沙溃涌灾害，使该类灾害成为影响矿井安全生产的关键问题之一[1-2]；浅埋煤层水沙溃涌灾害主要案例有：大柳塔煤矿1203工作面在老顶初次垮落时，导水沙通道直接波及富水沙层，引发涌水溃沙事故，4天内淹没工作面，停产时间达10 d之久，严重影响了该矿井的安全生产，造成了巨大的经济损失；在20601工作面开采以前，为了防止薄基岩水沙溃涌灾害的发生，对薄基岩地段进行了大量的“上吐下泻”疏降水工程，耗资100多万元，并使切眼后退160 m避开薄基岩区，造成大量资源严重浪费；在瓷窑湾煤矿的建井掘进中，由于局部冒顶形成“天窗”水沙涌入掘进工作面，直到井底车场；上湾煤矿2-2煤在掘进过程中也发生了类似的水沙溃涌事故。

目前国内外预测水沙溃涌灾害理论研究较少，现有的水沙溃涌灾害预测理论的物质源是以具有一定……