在急倾斜近距离煤层开采中，由于不能满足安全生产条件，上部煤层无法实施开采，仅开采其下部煤层。随着科技的进步和采煤机械化的不断推进，能够对上部煤层进行开采，但该区域内由于下部煤层已进行开采，岩层应力、地质条件、含水层含水条件等因素发生变化，进行大倾角上行开采将增加安全风险。通过分析对采煤工作面涌水机理进行分析，采取有效的防治措施，使煤炭资源能够得到安全开采，避免水害事故发生。
1 概况
代池坝煤矿304采区开采范围内的煤层倾角在39～42°，一般为40°，属于倾斜煤层。5号煤距7号煤层顶板9.69～23.26m，7、8号煤层间距较近同时开采，37（8）42、37（8）44、3942、3944采煤工作面均已回采完毕，仅剩上部5号煤层未开采，3544采煤工作面在304采区中的剖面图如图1所示。
图1 304采取巷道布置剖面图
2 水文地质情况
2.1 煤层顶、底板及含水层分布
在代池坝煤矿范围内，5号煤层上赋予可采煤系地层最上部，煤层直接顶板为灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩，厚11.4～22.4m，一般在16m左右，岩石质量中等，岩体中等完整，在采掘过程中顶板易垮落；大部分地段都有一层厚度变化较大的炭质泥岩透镜体伪顶，岩性松软，易碎，回采工作面顶板难管理，遇水将变软，工作面常发生“滑底”事故。老顶为泥岩，粉砂岩节理裂隙不发育，岩体较完整。直接底板为灰色、深灰色粉砂岩、砂质泥岩，厚6.72～23.8m，岩石质量等级中等，岩体较完整；老底主要为细粒长石石英砂岩、砂质泥岩，岩体较完整，岩石较量较好（加图综合柱状）。
5号煤层至白田坝组底界厚46.20～73.88m，岩性以薄至中层钙质粉砂岩夹细粒砂岩为主，顶部砂岩不含钙质，零星分布菱铁矿透镜体，节理裂隙发育较差。属富水性弱的砂岩裂隙含水层。
7号煤层顶板至5号煤底板厚6.34～23.98m，岩性以钙质细至中粒砂岩为主，裂隙发育，裂隙率为1.32%～2.285%，泉水流量为0.0075～0.601l/s，15-2号孔抽水试验的q=0.545l/（s.m）、K=3.35m/d，属富水性中等的砂岩裂隙含水层。
2.2 工作面物探情况
采用YDT88矿用无线电波透视仪对3544采煤工作面顶底板含水情况进行了探测和分析，明确了两处异常含水区域，并对区域进行了圈定。
图2
3 上行开采煤层压力分布及导水裂隙带高度分析
3.1 综采压力分析
3544采煤工作面，受下部煤层开采影响，煤层处于下部开采煤层冒落带与裂隙带内，导致围岩压力分布发生变化，但下部煤层均已开采多年，因此上部5号煤层压力在发生变化后，又形成一个新的压力稳定系统，在受力方向上，不会发生大的变化，仅局部由于地层构造发生变化，可以不作为主要影响。
倾斜煤层在开采过后，三带在垂直方向、煤层倾斜方向分布影响范围最大部为上半段，再者下部煤层为两个区段分布开采，而5号煤层为跨区段联合开采，因此受下部影响更为复杂，压力分布较分散。
3.2 导水裂隙带高度分析
矿区东翼5号煤局部可采，3544采煤工作面5号煤层煤厚为0.43～0.68m，但实际开采时采高一般在1.80m。本次计算对其理论厚度与实际采高分别计算其导水裂隙带最大高度。
5号煤：
式中，m是煤厚；K是岩石碎胀系数；
是煤层的最大倾角；n是煤层层数；H冒是冒落带高度；H导是导水裂隙带最大高度。
由上可以看出，在采高采用理论可采厚度导水裂隙带最大为26.5m，同样采用以上公司，按照实际1.8m采高计算36.8m。理论计算得出的数据是在不受任何外界条件影响，并下部对上部开采无影响的前提下。但在5号煤层开采过程中，煤层处于下部煤层开采冒落带与裂隙带中，因此5号煤层的导水裂隙带大于理论值。
5号煤层至白田坝组底界厚46.20～73.88m，岩性以薄至中层钙质粉砂岩夹细粒砂岩为主，顶部砂岩不含钙质，零星分布菱铁矿透镜体，节理裂隙发育较差，属富水性弱的砂岩裂隙含水层。根据对其裂隙带计算可以看出，导水裂隙带高度横穿整个顶板含水层。
4 上行开采煤层回采时水害安全性评价
4.1 上行开采煤层底板含水层安全性
5号煤层底板为含水性中等的泥质粉砂岩，层位为5号煤层底板至7号煤层顶板。7、8号煤层为近距离煤层联合开采，开采后导水裂隙带最大处贯穿于整个含水层，有利于该含水层赋存水体的排泄，减少对上行5号煤层开采的影响；由于本区域为倾斜煤层，煤层回采后，导水裂隙带呈现上段影响高度远大于下段，上段裂隙带贯穿于整个含水层，二下段由于倾斜煤层垮落填充，影响范围小，未能贯穿整个含水层，含水层水体会在同层位间移动，汇聚于下沉弯曲带，形成新的含水体。在回采过程中，底板受挤压，有部分涌水进入采面，对生产带来安全威胁，在回采时应引起重视。
4.2 上行开采煤层顶板含水层安全性
5号煤层顶板为含水性较弱的泥质粉砂岩，但该含水层与白田坝组砾岩层相连，在回采过程中导水裂隙带横穿该含水层，在导水裂隙带延深最深段，有可能会得到砾岩层水的补给，增大了水害事故发生的概率，对回采带来很大的安全隐患，在回采时做好防治工作。
5 水害防治
经过上述分析，3544采面采用伪倾斜工作面和探放水钻孔超前放水，疏干降压措施。
（1）5号煤层为倾斜煤层，在回采时以真倾斜方向进行上下割煤，顶板含水层涌水会顺着煤壁向下流动，影响工作面回采，容易导致下部接煤口堵塞或出现溃水事故。为了解决其带来的威胁，采用伪斜开采。在平面上工作面推进线与煤层真倾斜方向留有一定夹角，根据测算夹角保持在5～10°之间，或者控制上下推进错距，控制在10～20m，这样涌水会顺采空区渗流至运输巷，不会对工作面回采形成威胁。
（2）本次探放水水源主要为煤层顶、底板水或断层导水等。根据物探探测数据分析，可疑区域在600m～750m段，故在3544运输巷内600m～750m处靠近工作面侧布置探水钻孔，每隔50m布置1组钻孔对工作面顶板及底板进行探放水。每组6个钻孔，钻孔的方位分别为0°351°、9°、0°351°、9°，1、2、3、4、5、6号钻孔的倾角分别是43°、42°、42°、40°、39°、39°，孔深分别为150m、152 m、152m、150m、152m、152m。
图3
6 结语
大倾角煤层群在采用上行开采，对于上部煤层影响极大，上部煤层顶板、底板均为含水岩层时，下部煤层开采后，导水裂隙带直接沟通上部煤层底板含水岩层，对于上行开采煤层可以释放底板水，但对于上部煤层本身具有的应力稳定性进行了破坏，使上部煤层产生弯曲，局部甚至破碎，对于开采安全管理难度大大提高；上部煤层在进行回采时，由于下部已开采带来的影响，直接导致垮落带增厚，导水裂隙带更高，穿过含水岩层面积更大，导致工作面涌水大大增加。总之大倾角上行开采对于岩层顶底板的破坏更大，垮落带面积、高度更广，引起导水裂隙带横穿含水岩层更深，涌水量大大增加，也可能引起大面积突水。采用伪倾斜工作面和探放水钻孔超前放水，疏干降压等探放水措施，达到上行开采煤层在回采过程中不受水害威胁的效果。
收稿日期：2017-12-19
作者简介：王月林（1970-），男，四川广旺能源发展（集团）有限责任公司高级工程师。
