XX保護層工作面底板巖溶水突水危險性評價

李正鵬

（1.河南理工大學 資源環境學院，河南 焦作 454000；2.河南寶雨山煤業有限公司，河南 洛陽 471300）

1 試驗區情況

1.1 地質條件

XX工作面掘進期間共揭露了兩條斷層，分別為DF2、F5斷層。DF2為三維地震勘探斷層，實際在工作面上順槽距切巷口向外110m處揭露，落差為2.8m，斷層位于工作面南部，對回采影響較小；F5為實際揭露斷層，在XX下順槽通尺290m處揭露，預計工作面內最大落差2.4m，對回采影響較大。

1.2 水文地質條件

1.2.1 頂底板含水層

由于受巖性、埋藏及水文地質條件的影響，含水性橫向、傾向及垂向上存在顯著的不均一性，尤其在傾向上，有隨埋藏深度的增加而逐漸減弱的趨勢。根據XX工作面補充鉆探情況分析，該含水層與工作面之間的隔水層厚度最小46m，觀測最高水位約+260m。該層屬巖溶裂隙弱富水性含水層，為一7煤底板間接充水含水層。

1.2.2 頂底板隔水層

石炭系太原組中段砂質泥巖或泥巖隔水層。巖石較致密，裂隙欠發育，自然狀態下，是阻隔太原組上段與下段灰巖水力聯系的良好隔水層。

1.2.3 老窯采空積水情況

XX工作面位于一水平西翼，為寶雨山煤礦第一保護層工作面，東為12回風上山，西為礦井邊界，南北均為未采區，因此，XX工作面無老空水害威脅。

2 煤層底板巖溶承壓水對安全生產的威脅

根據《煤礦防治水規定》，突水系數是評價帶壓開采條件下煤層底板承壓水突水危險的重要依據，因此，本次仍采用突水系數評價寶雨山礦XX工作面底板寒武系灰巖巖溶水的突水危險。

圖1 寶雨山礦2010-2011年巖溶水水位動態變化曲線

寶雨山礦區各礦井正常生產均未對寒灰水進行疏放，整個礦區巖溶水水位多年來保持在動態均衡狀態。水位動態主要受降水因素的影響，巖溶水雨季獲得大氣降水補給后其水位上升，至11-12月份水位升至最高，此后水位逐漸下降，至次年4-5月份水位降至最低。年內水位變幅最高可達100m，如2012年最高水位為+320m，最低水位只有+220m。XX工作面分布有7個水文觀測孔，各孔水位相差較大（圖1）。根據防治水工作安排，XX工作面回采期間，對寒灰巖溶水不采取主動性的疏水降壓措施，預計其最高水位仍將在+320m左右。

隔水層厚度取XX工作面7個鉆孔平均值46m。作用在煤層底板的水壓按工作面最高水位和工作面最低標高計算，最高水位為+258m，最低標高取+20m。作用在煤層底板的水壓最大值為2.4MPa。煤層底板承壓水突水系數為：

根據《煤礦防治水規定》，一般情況下，在具有構造破壞的地段臨界突水系數為0.06MPa/m，隔水層完整無斷裂構造破壞地段臨界突水系數為0.1MPa/m。XX工作面斷層不發育，隔水層分布穩定且完整。上述計算表明，帶壓開采一7煤，煤層底板寒灰巖溶水突水系數小于臨界突水系數值。因此，除非工作面內部仍有尚未發現的導水通道，正常條件下，寒灰巖溶水是很難突破隔水層涌入礦井的。

3 水力擠出措施工藝及注水參數

3.1 水力擠出措施工藝

水力擠出措施工藝的進行可以比較有效地減少煤體結構和突出應力的不均勻性與不穩定性，也能相應減少水文地質災害的發生，降低突水危險性。水利擠出措施一般包括煤層注水和鉆孔施工。由于寶雨山煤礦保護層（一7煤）工作面受煤層底板寒灰巖溶承壓水、斷層水等水害影響，因此可利用水力擠出措施方式防治水害。根據寶雨山煤礦保護層的實際情況，在進行鉆孔施工的時候可打3～7個小直徑鉆孔，其中小直徑為91mm，進行高壓注水。使高壓注水的速度比水滲透的速度快一些，形成煤體破裂并向工作面自由端接近，使煤體工作面卸壓，達到防治水目的。

3.2 水力擠出措施注水參數

參加本次放水試驗的鉆孔共有7個，分別編號為01～07，01～04布置在工作面下順槽，05、06布置在工作面中順槽，07孔布置在工作面上順槽。

放水孔布置：目的為疏水降壓，選擇鉆孔涌水量最大的03孔作為放水孔。

觀察孔布置：結合已有的觀測孔，能夠查明區域內水力聯系，選擇 01、02、04、05、06、07 孔作為觀察孔。

孔號水位 02# 03#(放水) 05# 01# 04# 06# 07#鉆孔標高m 23.2 24.5 40.6 20.1 25.3 41.8 83.6初始水壓mpa 2.17 2.34 1.92 1.50 1.22 1.16 0.79初始水位m 240.2 258.5 232.6 170.1 147.3 157.8 162.6水位降深m 42.0 61.0 27.0 22.0 19.0 37.0 13.0

為了查明XX工作面7個水文觀測孔寒灰巖溶水間的水力聯系，進一步確認寒灰巖溶裂隙含水層的富水性，進行了單孔放水—多孔觀測的放水試驗。將03#孔作為放水孔，所有鉆孔均作為觀測孔。放水試驗于2012年1月5日8點開始，打開03#孔閥門后，每間隔30分鐘觀測一次水壓（水位）和水量。試驗于2012年1月17日零點結束，共持續了280小時（11.7天）。放水試驗期間，放水孔（03#孔）流量一直沒有變化，始終在19.5m3/h，各觀測孔水位均有不同程度的下降。本次放水試驗暴露了寒武系灰巖巖溶水的一些水文地質特征，總結如下：各孔水力聯系密切程度不一，寒武系灰巖富水性較差。

4 安全開采的防治水技術措施

4.1 根據帶壓開采安全技術措施，工作面回采過程中地測科、開采隊要密切監測頂底板突水征兆，制定各種處理預案，發現異常及時處置。

4.2 加強職工安全教育，提高安全警惕，讓工作面施工人員都熟悉突水預兆、避災路線，提高職工抗災能力。發現水文地質異常應及時報告調度室。

4.3 X工作面巷道均為正坡度施工，巷道內已開挖有排水溝，工作面頂底板涌水完全可以自行流出，并且要及時清理排水溝，維護排水設施，確保排水暢通，保證工作面生產期間正常排水。

5 結語

寶雨山煤礦XX保護層（一7煤）工作面受煤層底板寒灰巖溶承壓水、斷層水等水害影響。本文結合區域水文地質資料，對工作面地質和水文地質條件進行了全面分析，對煤層底板巖溶承壓水對安全生產的威脅進行了評估并制定了安全開采的防治水技術措施，有利于工作面的安全生產。