（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿，山西 方山 033100）

1 工程概况

山西霍州煤电吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿10-1002工作面位于一采区准备巷道左翼，工作面东部为南区集中皮带巷；南部为实体煤，紧邻一采区边界；西部实体煤，北部为一采区三条大巷。10#煤层平均厚度为2.85m，煤层顶板岩层主要为泥岩和细粒砂岩，底板岩层为泥岩，见图1。工作面采用综合机械化开采，采高2.85m，全部垮落法管理顶板。根据10-1002工作面的地质资料可知，工作面顶板赋存太原组L1石灰岩，节理裂隙发育，并有溶蚀现象，具有一定富水性和导水性，补给水量3m3/h。工作面采掘期间主要受顶板上部砂岩裂隙水、孔隙水影响。由于工作面上方细粒砂岩、石灰岩岩层与其上下软弱岩层性质差异较大，在工作面回采动压影响下，细粒砂岩、石灰岩易与其余岩层之间产生离层，由于石灰岩为工作面覆岩中的主要含水层，现为保障工作面的安全回采，进行顶底离层情况的判定，并针对判定结果进行防治水设计。

图1 煤层顶底板岩层柱状图

2 离层水形成机理

根据10-1002工作面的具体地质条件，工作面上覆L1灰岩具有一定的富水性和导水性，向结合工作面的具体特征，分析顶板离层水形成的条件。

1）可积水离层发育位置：根据相关离层注浆方面的研究可知[1-2]，离层注浆只能适用于“封闭的离层空间”，若离层空间与导水裂隙带贯通，浆液便会深入工作面回采区域，则判定为不具备离层注浆的条件。同理，针对工作面上覆岩层中的可积水离层而言，若要形成离层水，必须保障离层空间是封闭的，即可积水的离层位置应满足式（1）：

式中：H为可积水离层水的发育高度；H导为工作面导水裂隙带的发育高度。

具体形成可积水离层的发育位置见图2。

由于工作面顶板岩层相对较为软弱，现以软弱岩层计算导水裂隙带发育高度，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中关于覆岩为软弱时，其计算见式（2）：

工作面开采高度为2.85m，计算得出导水裂隙带发育高度为16.6～24.6m，取其平均确定导水裂隙带的发育高度为20.55m，而根据工作面区域的地质钻孔资料可知积水离层带均发育在顶板上方25～33.52m的的L1灰岩中，故L1灰岩区域所处位置满足可积水离层的位置条件。

2）离层补给水源：离层积水的形成需接受来自周边的含水层的补给充水，这是离层水形成的基本条件之一[3-4]，由于L1石灰岩，节理裂隙发育，并有溶蚀现象，具有一定富水性和导水性，补给水量3m3/h，故其满足补给水源的条件。

3）离层空间持续时间：根据众多理论研究与工程实践结果表明[2-3]，随着工作面回采作业的进行，顶板在工作面推进方向上的离层值会不断变大，顶板岩层的离层发育高度会逐渐向高处发育。对于一个层位的离层而言，其动态过程主要包括起始、发展和闭合，将离层由起始至闭合消失的时间段称为离层持续时间，离层持续时间主要受到顶板覆岩力学性质、岩层结构及工作面开采情况等因素的影响。

综合上述分析可知，10-1002工作面上覆L1灰岩与其下方的岩层之间存在着离层水。

3 防治技术及效果

3.1 防治原理及技术

覆岩离层突水事故具有突水征兆不明显和涌水量大的特点，故为保障工作面回采期间的安全，需采取有效措施治理工作面顶板覆岩的离层积水。

针对离层积水的防治主要是通过预防的方式，即通过破坏覆岩离层水发生的基本条件，阻止顶板离层积水的发生。由于工作面顶板离层发育位置是由顶板覆岩结构、采煤方法等因素决定，基本很难改变，但是可通过人为破坏的方式，将离层区域与下方工作面区域处于导通状态，确保离层水能够有效的排出；另一方面可针对离层水的补给水源进行超前疏放，即破坏离层水的补给水源，达到治理离层水目的[5-6]。目前常用的离层水治理技术主要包括打设离层水导流孔及打设含水层超前截流孔，其具体实施方式如下：

（1）离层水导流孔：在顶板离层水对采场产生影响之前，通过向离层发育区域打设钻孔，终孔于离层积水区，并在导流孔内下入厚壁的导流管，以避免回采动压对钻孔产生影响。

（2）含水层截流孔：通过向含水层内打设截流钻孔，进行补给含水层内水的截流作业，充分减小离层区域水的补给量，在打设超前截流疏放孔时，钻孔终孔于离层发育区外侧、离层补给含水层中（向工作面外侧打设）。

3.2 防治方案

根据10-1002工作面的具体情况，本次治理离层水主要采用破坏离层区域的封闭性、超前疏放离层补给水源方式，具体方案如下：

在工作面回风顺槽内，每间隔50 m施工一组离层水导流孔和一组含水层截流疏放孔，根据工作面物探结果知，工作面开切眼附近150 m区域富水性较强，故在此位置，将截流孔和导流孔均重叠布置，具体布置方式见图3，工作面开切眼150 m后的区域，则每间隔50 m布置导水孔和截流孔各一个，工作面开切眼250m范围内钻孔具体参数见表1。

表1 10-1002工作离层水导流和截流钻孔布置参数

图3 导流和截流钻孔布置平面

3.3 效果分析

10-1002工作面导流孔和截流孔施工完成后，进行了疏水压力及水量的动态观测，结果见表2。

当工作面与导流孔的距离小于15 m后，导流孔疏放的水流量逐渐减小，直至最终钻孔无淋水现象，导流孔疏水期间共计实现疏水5704m3，表明导流孔将工作面区域覆岩内的离层水有效释放出来。当工作面与截流钻孔距离小于5 m后，截流钻孔内的水流量也逐渐减小，最终仅表现为缓慢的滴水状态，截流孔疏水期间共计实现疏水2849m3，表明工作面截流孔有效的切断了离层补给水源。在10-1002工作面回采过程中，现场观察工作面顶板无涌水现象出现。

表2 疏水压力、水量观测数据汇总

基于上述分析可知，工作面采用导流孔和截流孔的疏水方式，有效解决了顶板离层水害问题，为工作面安全生产提供了保障。

4 结语

基于10-1002工作面顶底板特征，结合离层水形成机理，确定出顶板L1灰岩与下方岩层间存在着离层水，结合工作面具体情况，采用打设离层水导流孔和含水层截流孔的方式治理离层水，治理措施采用后，覆岩离层水被有效疏放。