超化煤礦23071工作面水害因素分析與防治技術

常獻偉 張建星 唐智勇

摘 要：底板注漿改造是預防水文地質復雜區域斷層導通底板灰巖含水層造成突水事故的有效途徑之一。文章結合超化煤礦23071工作面水害情況進行了分析，并提出了對應的防治技術。

關鍵詞：水害因素；防治技術；底板注漿

中圖分類號：TD745 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0030-02

1 工程概況

1.1 23071工作面的基本情況

超化煤礦23071工作面位于23采區上部，設計為綜采工作面，走向長540 m，傾斜長60～76 m，工作面煤層為二1煤層，煤層平均厚4.0 m，煤層平均傾角20 °。工作面北部為崔拐正斷層保護煤柱，東部為邊界保護煤柱，西部及南部為未采動區。該工作面區域內斷裂構造較為發育，地質條件復雜。上、下付巷、工作面聯巷、23流水巷及切巷實揭正斷層四條、逆斷層一條，其中兩條正斷層落差較大，將會對工作面安全回采造成較大影響。

1.2 23071工作面的水文地質情況

本區有六個主要含水層：第四系礫石層孔隙潛水含水層，頂板砂巖孔隙裂隙承壓含水層，石炭系上統太原組上部的灰巖巖溶裂隙承壓含水層，中部的灰巖巖溶裂隙承壓含水層，下部的灰巖巖溶裂隙承壓含水層，奧陶、寒武系灰巖巖溶裂隙承壓含水層。由于采煤影響范圍所限，頂板大占砂巖裂隙含水層賦水性弱，可直接疏干。底板巖溶水含水層賦水性強，是威脅礦井安全生產的主要含水層。

1.3 底板突水性分析

該段工作面由于斷層較為發育，突水系數按構造破壞地段取0.04，工作面煤底最低標高取-120.5 m，根據23采區井觀孔實測水位資料綜合O2水位為+65.5 m。

①用突水系數、水壓、隔水層厚度與臨界突水系數、臨界水壓、臨界隔水層厚度相比較來評價本工作面底板的突水性。由于本面底板直接充水含水層L7-8灰水壓較小，涌水量不大，對工作面的回采不會造成大的威脅。距二1煤層底板最近的強含水層為L1-4灰，故針對L1-4灰的突水性危險性進行評價。

根據突水系數公式進行計算，式中：T為突水系數（MPa/m）；P為底板隔水層承受的水頭壓力（MPa），取O2灰含水層觀測孔平均水頭高度+65.5 m的絕對值+本面最低標高-120.5 m的絕對值+底板隔水層厚度63.52 m=249.52 m；水柱為2.5 MPa；M為底板隔水層厚度（m），取二1煤底到L1-4灰頂的距離（63.52 m），經計算，T=0.039 MPa/m。

根據鄭煤礦區的水文地質資料，采煤工作面構造復雜區段的臨界突水系數取0.04 MPa/m，而本面地質構造復雜，由此可得臨界隔水層厚度：M臨===62.5 m

臨界水壓P=TsM=0.04×63.52=2.54 MPa。

故本面的突水系數0.039 MPa接近于0.04 MPa，隔水層厚度62.5 m接近于臨界隔水層厚度63.52 m，水壓2.5 MPa接近于臨界水壓2.54 MPa，說明本面底板L1-4灰含水層具有突水危險性。

②物探分析。23071工作面貫通后，我們對此工作面施工了對稱四極測深物探。本次勘探，上付巷23軌道集運巷交叉口開始布極，沿23軌道集運巷向東布極布置19個物探測點，下付巷從流水聯巷口開始布極布置25個物探測點，切巷從距上切口處開布極布置4個物探測點。物探最大測深69 m，最小測深9 m。

從物探剖面圖可以看出，巷道底板中深部低阻區較多，且部分電阻率較低，應為底板較為富水所致。23071上下付巷物探剖面圖可以看出，工作面東西段阻值較高，低阻區主要分布在中段，且中深部阻值小于60 Ω的區段較多，可見中段底板富水性較強。

2 注漿改造底板含水層的方案確定

2.1 注漿層位的確定

該工作面由于斷層較為發育，突水系數按構造破壞地段取0.04，煤底最低標高取-120.5 m，根據23采區井觀孔實測水位資料綜合O2水位為+65.5 m。

安全隔水層厚度計算：假設安全隔水層厚度為xm，根據突水系數計算公式T=P/M，得：0.04=（1.86+x/100）/x，從而得出x=62 m。

根據工作面綜合柱狀該層位處于L5灰巖底部。底板加固深度計算為：按突水系數公式：

M=p/T

T取臨界值0.04。由此可知：在水壓為1.86 MPa的狀態下，要想保證工作面不發生突水，其隔水層厚度必須在62 m以上，此深度位于L5灰巖下部，由于該工作面區域斷層較為發育，各灰巖含水層之間具有一定水力聯系，L5灰巖與L4灰巖間隔較小，平均僅0.86 m厚，L4灰巖與L1-3灰巖間隔水層局部較薄，并且兩層含水層較厚，富水性相對較強，因此為確保工作面回采安全，工作面底板注漿需加固至L1-3灰巖層位。

2.2 鉆場及鉆孔布置

鉆孔設計原則：①終孔層位進入L1-4灰巖含水層底部；②鉆孔全部設計為斜孔，使鉆孔揭露的含水層和隔水層盡量延長；③鉆孔方向盡量和斷裂構造的發育方向斜交，盡可能的多揭露裂隙；④對裂隙發育地段、有斷層地段、褶曲構造的軸部重點布孔；⑤注漿改造范圍達到工作面以外25 m；⑥注漿鉆孔分別布設在上、下付巷，每隔60 m施工一個鉆場，每個鉆場設計6～9個鉆孔，成扇形布置，終孔平距間隔一般在30 m左右，在鉆場內以不同的方位和傾角分別向工作面上、中、下部位施工鉆孔，共設計10個鉆場，94個孔，終孔至L5灰巖或L1-4灰巖層位。

3 工程施工概況及效果檢驗

3.1 工作面底板注漿加固施工情況

23071工作面底板注漿改造工程全面竣工后，對整個工作面進行了鉆探驗證及預注漿改造。共設計施工148個鉆孔（其中檢驗孔51個），實際施工總進尺15 817.3 m，總注漿水泥漿4 424.6 t。水量大于60 m3/h的鉆孔8個，出水點8個，出水層位均在L1-4灰，其中最大涌水量80 m3/h，孔口水壓2.0 MPa，注漿132.3 t。水量在20～60 m3/h之間的鉆孔32個，出水點42個，其中有12個出水點在L5-6灰層位，有30個出水點在L1-4灰層位。水量在10～20 m3/h的鉆孔48個，出水點59個，其中有4個出水點在L7-8灰層位，有21個出水點在L5-6灰層位，有34個出水點在L1-4灰層位。

3.2 效益分析

①工作面回采時預計23071工作面正常涌水量220 m3/h，最大涌水量440 m3/h。回采過程中工作面經過底板注漿加固涌水量始終控制在10 m3/h以下。結合超化礦實際情況，工作面涌水從23采區水倉排至地面揚程445 m，每排1 m3的水需消耗電能2.67 kW，僅電費一項至少每年節約排水電費319.26萬元，而工作面底板注漿改造直接總費用約336.93萬元，經濟效益十分可觀。②通過采取底板預注漿改造來解放水文地質復雜區域的煤炭資源，提高了資源利用率，確保超化煤礦正常的采掘接替和穩產高產，延長了礦井壽命，為減緩超化礦目前接替緊張局面，使超化健康、穩定、和諧發展起到積極作用，具有良好的社會效益。

參考文獻：

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