動態評價技術在孤島工作面帶壓開采中的應用實踐

王崇欣 郭振橋 楊 博

（河南大有能源義煤集團 新安煤礦，河南 洛陽 471842）

1 帶壓開采評價工作現狀

自20 世紀80年代以來，淄博、焦作、永城、峰峰等煤田應用帶壓開采技術在解放受水害威脅的煤炭資源方面發揮了重要的作用。義煤集團新安煤田，在小浪底庫區蓄水改變奧灰含水層動力條件的情況下，為了實現礦井的可持續發展，深部煤炭資源安全開發已經提到重要的議事日程上來，作為煤礦水害防治技術重要發展方向和深部煤炭資源技術支撐的帶壓開采評價技術面臨新的發展機遇和嚴峻挑戰。

目前，由于各礦區底板水害影響程度不同，煤炭企業軟硬條件配置差異較大，對帶壓開采安全評價問題尚無法形成統一和明確的規范。近兩年義煤常村礦推行了安全指數評價系統，促進了底板水害隱患的動態排查治理； 義煤集團公司安全評價體系及技術論證，重點從月度周期上對防治奧灰水進行了督促指導；永煤公司等大型煤炭企業已相繼建立了自己的評價體系，較早摸索了防治底板太灰水的管理經驗； 西安煤科院靳德武教授2005年發表了論文《帶（水）壓開采安全評價技術及其發展方向》，對全國煤炭行業中長期帶壓開采的安全評價工作進行了系統勾繪。作為新安井田投產最早的礦井，新安煤礦對12181 孤島工作面帶水壓開采進行了防治水效果動態評價，對本井田水體下采煤以及條件類似的礦井防治水工作具有借鑒價值。

2 工作面水文地質條件

表1 二1 煤層底板巖層概況

新安煤礦主采二1 煤，礦井位于新安向斜北翼，為一平緩的單斜構造，地層傾向南東，傾角9～11°。12181 工作面位于12 采區下山西翼中部，走向長壁布置，上鄰12161 工作面（未圈定），下鄰12201 采空區；西鄰12、14 采區下山隔離煤柱，東鄰12 軌道下山保護煤柱。工作面地表無村莊及水體，地面標高平均+470m，工作面標高平均-1m，平均埋深471m，工作面切眼至停采線間面積71 896m2，平均5m，容重1.45t/m3，工業儲量521 246t，回采率取93%，可采儲量484 759t。該工作面水文地質條件極復雜，直接充水水源為頂板砂巖裂隙水，間接充水的底板奧陶系灰巖承壓含水層對煤炭開采造成潛在危害。

奧灰距二 1 煤層底界43.77～74.50m，一般為53.76m，其中有兩層主要隔水層阻止地下水進入礦井，屬具有突水威脅的間接充水含水層。

12181 回風巷掘進期間揭露一條頂板正斷層 （落差1.2m，傾角52°，無淋滲水），且上鄰的12161 工作面回風巷（傾向相距115m）掘進期間，曾揭露底板小斷層而導通奧灰水，突水量達4 250m3/h，造成淹井事故。淹井后，對突水點進行了注漿堵水，1996年4月開始排水復礦，1996年8月恢復生產，其上鄰的12141 的剩余塊段未再回采。

圖1 12181 工作面四鄰關系示意圖

2011年以來小浪底庫區高位蓄水，抬升了區域奧灰含水層的補給水頭，進一步增加了奧灰突水概率。綜合來看，該區地質構造較復雜，斷層附近破碎帶發育，孤島工作面礦壓顯現，底板隱伏導水通道將嚴重影響該面帶壓開采。

3 采前評價

3.1 瞬變電磁初探

12181 工作面貫通后，對兩巷及切眼進行了底板瞬變電磁勘探，共完成測線8 條，總長4 040m，物理點405 個，數據采集質量良好。

本次瞬變電磁勘探共發現1 個疑似奧灰水導升區（回風巷聯口向里240～290m 范圍）和1 個重度低阻異常區（運輸巷聯口向里300～360m 范圍）。

圖2 回風巷疑似奧灰水導升區

圖3 運輸巷重度低阻異常區

回風巷疑似奧灰水導升區： 頂界面局部已接近煤層底板20m 以淺，視電阻率值較低，呈現低阻異常。分析此處疑似奧灰水導升區斷裂構造較發育，在奧灰水高壓作用下，向上可能有一定程度導升，存在奧灰突水風險。

運輸巷重度低阻異常區： 處于二1 煤層底板下50m 以深，其視電阻率值低。分析此處異常區位于奧灰層位，該區域巖溶裂隙較發育，可能富水性強。

3.2 鉆探查異及注漿加固

針對上述兩處瞬變電磁異常區，設計施工了兩組共6 個底板鉆孔，鉆探查明了運輸巷異常區底板承壓水導升裂隙已發育至太原組L4 灰巖層位，局部突水系數達0.08Mpa/m，遇有隱伏斷裂構造，具有突水危險性；鉆探查明回風巷異常區底板鋁土質泥巖隔水層不存在導水通道，局部突水系數最大0.042Mpa/m，屬帶壓開采安全塊段。

表2 12181 工作面采前鉆孔成果表

從鉆孔成果數據來看，工作面底板注漿加固可使該隔水層有效厚度達到50m，則隔水層承受水壓最大2.6Mpa，突水系數最大0.052Mpa/m，可以達到帶壓開采的安全條件。異常區經兩個鉆孔注漿加固后，中間最后施工的鉆孔涌水量相對減少，說明漿液對導水裂隙進行了有效的擴散充填。

圖4 12181 工作面鉆探查異鉆孔平面成果圖

3.3 復查評價

12181 工作面底板注漿加固結束后，對兩巷進行了底板瞬變電磁復查，共完成測線4 條，總長2 400m，物理點241 個，數據采集質量良好。

本次瞬變電磁勘探成果顯示探測區域巖層視電阻值普遍較高，未見明顯低阻異常區域。

圖5 回風巷復查剖面成果圖

圖6 運輸巷復查剖面成果圖

4 采中查異

4.1 瞬變電磁復探

12181 工作面回采了200m 時，又對兩巷進行了底板瞬變電磁復查，完成測線2 條，物理點82 個，數據采集質量良好。發現運輸巷聯口向里200～240m 范圍存在1 處異常區。為疑似奧灰水導升區，上下聯通性較好，且異常區頂界面已接近或達到20m 以淺，視電阻率值偏低，呈現高度低阻異常。分析此處異常區在奧灰高水壓作用下，奧灰水向上可能有一定程度導升，存在奧灰突水風險。

圖7 12181 運輸巷底板垂探剖面成果圖

圖8 12181 運輸巷底板內幫45°探測剖面成果圖

4.2 鉆探查異及注漿加固

針對運輸巷新發現的異常區，施工了3 個鉆孔，驗證了異常區存在奧灰水導升，并具有突水危險性。經過前兩個鉆孔注漿加固，9# 鉆孔僅在奧灰頂界面附近揭露少量滲水，表明該異常區注漿效果明顯，突水危險性已得到有效消減。

表3 采中鉆孔成果表

5 收尾階段

12181 回采至皮帶巷口以里377m 時，發現回風巷聯口以里80m 處底板滲水約0.1m3/h，且巷道壓力越發顯現，底鼓150mm。于是采取了停產打鉆措施，10# 鉆探揭露承壓水導升裂隙發育至L7 灰巖層位，涌水量相對較大，計算該段底板突水系數達0.124Mpa/m，超過安全值，具備了突水危險性。

方位（°）俯角（°）孔深（m）見水孔深（m）見水垂深（m）涌水量(m3/h）水壓（Mpa）注漿量(t) 注漿終壓（Mpa）214 39.5 94.3 27 17 8 48 30.5 6 50 31.8 5 94 59.8 14 1.9 70 10

鑒于12181 工作面已回采形成孤島煤柱，長期停產治理容易造成應力失穩破壞底板，不能維持底板注漿加固效果；相鄰的12161 上巷突水點附近仍可能存在奧灰強徑流條帶，且綜合考慮安全成本、打鉆注漿成本，決定提前停產回撤。

6 后續工作

由于該采區水文地質條件較復雜，12181 工作面回撤后仍要加強水情監測，每周定期觀測密閉墻放水管流量，防范滯后突水。

12181 運輸巷聯絡巷段巷道低洼，為節省排水投入，建議在此低洼段向12 采區下山軌道巷施工俯角泄水孔，從而實現老空水自流排放。

底板奧灰承壓水對孤島工作面是威脅，但對礦井供水則是寶貴資源。在12 采區擇址施工疏水降壓鉆孔，必將進一步消減采區滯后底板突水風險，也將變害為寶、彌補礦井經濟效益。

同時，為確保萬無一失，仍需在12 采區增設水害防范備災物資，包括備用水泵、排水管路等。

7 結語

通過對12181 孤島工作面進行動態的水害治理與評價，有效解放了28 萬噸煤炭資源，確保了職工生命安全，避免了礦井財產損失。同時，獲得了大量水文地質參數，實踐創新了施工工藝，為以后帶壓開采動態評價工作積累了寶貴經驗。

[1]張民慶等.注漿效果檢查評定技術與應用實例[J].巖石力學與工程學報，2006，第25 卷增2.

[2]靳德武等.帶（水）壓開采安全評價技術及其發展方向[J].煤田地質與勘探，2005，第33 卷增刊.