煤礦頂板灰巖水疏干技術研究與應用

白利文

（河南工程咨詢監理有限公司，河南 鄭州 450052）

宏盛聚德煤業有限公司煤礦 （下稱聚德礦）8 號煤直接頂板為L1 灰巖，厚度7.5m 左右，該層灰巖裂隙、溶穴發育，富水性非常強。8 號煤3 條大巷為下山，當掘進至西回風井時頂板淋水量大，最大單頭淋水量為60m3/h，不僅對掘進安全構成巨大威脅，而且嚴重制約了巷道施工進度，2012 年6 月，8 號軌道大巷單月綜掘進尺僅80m。 為保障安全，提高掘進進度，提出超前鉆孔疏干技術，將迎頭前方的水引到側幫鉆場排放，迎頭水量減小到小于10m3/h 以下， 疏干后，8 月份單掘進頭進尺最高達369m，三條巷道總進尺922m，創歷史最高紀錄。 本文在分析灰巖水對8 號煤掘進影響的基礎上，進行了頂板灰巖水可疏性評價，結合工程實踐，提出了物探探測與鉆探疏干相結合的技術方法，取得了顯著效果。

1 L1 灰巖水及其對8 號煤掘進的影響

1.1 出水表現形式及影響

8 號煤3 條大巷為下山掘進，直接頂板為L1 灰巖，在采掘施工時，直接頂板的裂隙、溶穴水會從巷道頂板直接淋到掘進迎頭，主要表現為頂板大面積滴、淋水，局部地段從頂板的孔洞中呈水柱狀傾瀉，導致煤裝不上皮帶，掘進進度慢，最低進尺80m/月，經常糊泵、多次燒泵，經濟損失大，工人作業環境惡化。

1.2 水害類型及特點

（1）頂板水。8 號煤頂板L1 灰巖下山方向基本呈一單斜構造，沿下山傾向方向略有起伏，發育有小型褶曲，在應力集中區域，裂隙常較發育，巖層透水性也好。 一般在褶曲的軸部發育有一系列近似垂直于巷道掘進方向的構造裂隙，不同級次的裂隙普遍擴容、連通，在一定范圍內構成含水裂隙網絡，如同由毛渠到干渠的各線渠道連成的一個渠系。 巷道揭露此含水裂隙網絡的主干裂隙、小斷層時，各小裂隙中的水，匯集于主干裂隙，從而出現相當大的水量。 目前本礦8 號三條大巷掘進過程中先后揭露的幾處小型頂板斷裂或異常區，施工期間三條巷道中超前掘進的巷道在揭露這些小構造時，其頂板及涌水量較其他地段大。 由于下山掘進特殊的地質條件造成在水疏干后，巷道繼續掘進又會有水從頂板出來，這個現象顛覆了所謂“頂板水跟著掘進迎頭走”的說法，用“頂板水在迎頭等著”來形容更確切。 治理異常困難，給施工帶來嚴重的影響，施工環境非常惡劣。

（2）陷落柱富水。8 號煤3 條大巷已揭露兩個陷落柱。陷落柱主要由8 煤頂板塌陷下來的巖石碎塊組成。 這些巖石碎塊棱角顯著、形狀各異，排列紊亂，大小混雜，大的巖塊直徑可達數米，小的僅幾厘米，巖塊之間形成空洞，并發育大量溶穴，溶穴內充填大量白色方解石晶體。 碎塊間充滿巖粉、煤粉和各色粘土，膠結差，未成巖。 陷落柱柱體內富水性非常強，在揭露這兩個陷落柱之前，淋水異常加大。 在揭露X4 陷落柱時，由于陷落柱體破碎石塊空隙的大量存在，空隙、裂隙中充滿水，掘進和鉆孔揭露時涌水量達到60m3/h。

2 頂板灰巖水可疏性評價

受地質構造控制，本井田范圍內L1 灰巖含水層的補給條件弱，徑流以順巖層傾斜運移，沿東向西流出井田外，礦井排水是其主要排泄途徑。 從之前頂板淋水疏干情況來看，巷道頂板淋水一般3 天即可疏干，迎頭掘進超前后，后部水量一般會疏干，屬于衰減型的靜儲量，基本沒有補給水源。

根據地下水運移理論的“大井法”，隨著礦井開拓時的強烈排水，會圍著排水點形成一定直徑的疏干降落漏斗，隨著排水的不斷進行疏干漏斗不斷擴展，降落漏斗范圍內的水即被疏干。 頂板灰巖水的賦存類型由承壓轉為無壓，巷道(鉆孔)標高以上的富水區內頂板水被疏放（如圖1 所示）。 該巷道雖為下山施工，但由于坡度較小，仍具備疏干可行性。

圖1 8 號煤頂板水疏干模型示意圖

3 頂板灰巖水疏干技術及應用實例

根據《煤礦防治水規定》的“有掘必探、先探后掘”的防治水原則，結合“防、堵、疏、排、截”的綜合治理措施，為確保安全生產，在礦井巷道掘進工作時，必須堅持進行探放水。 根據地質條件制定了超前小角度鉆孔疏水方案， 在實施此方案的過程中，為防治局部地段有斷層、陷落柱等地質構造造成局部異常富水，采取了物探探測與鉆探疏干相結合的技術方案。

3.1 物探探測

在8 號煤掘進頭的掘進過程中采用瞬變電磁探測方法進行連續超前探測，以查清8 號煤掘進巷道迎頭工作面本煤層及底板方向與煤層成45°、30°、15°、0°、-15°、-30°-45°夾角區域在180°方位100m 距離空間范圍內的富水區分布情況， 為下一步對頂板水和隱伏構造（包括陷落柱）水害的治理提供參考依據。

3.2 鉆探疏干

在物探成果的基礎上，根據8 號煤充水因素分析，對影響8 號煤巷道掘進的直接水害L1 灰巖水進行了鉆探疏干措施。在超前探鉆孔的基礎上布置2～3 個小角度頂板疏水孔， 一般為+1°到+3°，最大調整到+8°，鉆孔深度為鉆機的最大鉆進深度，以穿過L1 灰巖，進入頂板泥巖1m 為準。 一般疏水孔深度70～90m，鉆孔出水量3～50m3/h，迎頭頂板淋水僅3～5m3/h，效果顯著(鉆孔布置如圖2 所示)。

圖2 鉆孔布置示意圖

3.3 疏水技術要求

①鉆孔探到水后，要觀測水壓、水質、水量和估計積水量或補給量。 根據礦井排水能力及水倉容量，控制放水孔的流量或調整排水能力，并清理水倉、水溝等，防止淹井。

②放水時，應當設有專人監測鉆孔出水情況，測定水量和水壓，做好記錄。 記錄內容有水量大小、水量變化、水量變化時間、有毒有害氣體情況、水色的變化、本班放水情況以及其他異常情況，并認真進行交接班，出班后填寫記錄，并向值班匯報，便于分析水量情況。

③放水過程中，如果水量突然變化，應當及時處理，并立即報告礦調度室。 遇緊急情況，馬上發出警報撤出受水威脅地點人員。

3.4 效果檢驗

8 號煤集中軌道巷在2012 年6 月揭露X2 陷落柱時開始實施疏放水工作， 實施鉆孔疏水效果良好， 單孔最大出水量50m3/h， 將迎頭前方的水引到側幫鉆場排放， 迎頭水量由最大60m3/h 減小到小于10m3/h，甚至無水，將一直困擾在迎頭的水的引到了鉆場，煤泥混合水變成了清水，糊泵、燒泵以及煤裝不上皮帶等問題均得到了圓滿解決，掘進工效大幅提高，最顯著的是8 月份，三條巷道單月總進尺922m，以后月巷道正常進尺保證在200m 以上。

4 結論

（1）灰巖水的出水表現形式通常為頂板大面積滴、淋水，局部地段從頂板的孔洞中呈水柱狀傾瀉，進而導致煤裝不上皮帶、掘進進度慢、糊泵或燒泵等。

（2）灰巖水常以頂板水或陷落柱水的形式涌入采掘空間，由于陷落柱體破碎石塊空隙大量存在，空隙、裂隙中容易充水，在采掘時應密切關注陷落柱水的影響，及時進行灰巖水可疏性評價。

（3） 物探探測法和鉆探疏干法相結合的技術方法在頂板灰巖水疏干過程中效果良好，采用瞬變電磁法進行超前探測是揭露陷落柱和前方富水區的重要技術手段。

（4）對于存在陷落柱等異常地質構造的礦區，建議在掘進工作面嚴格執行“有掘必探，先探后掘”的防治水原則，加大物探、鉆探探測的力度，防止誤揭斷層、陷落柱等地質構造異常富水區，建立健全排水系統，預防突水淹面、淹井事故的發生。

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