孫疃煤礦104采區太原組灰巖水疏降方案

摘 要：本區太原組灰巖具有高承壓、弱富水的特點，常規鉆孔疏放難度大。本文系統的介紹了施工放水巷揭穿灰巖疏水降壓的方法，對底板灰巖水防治具有一定參考價值。

關鍵詞：灰巖；放水；疏干開采

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.055

1 概述

孫疃礦位于淮北煤田東南部，礦井內斷層構造發育，各采區太灰水之間水力聯系弱，水文地質條件分區特征明顯；各采區邊界大斷層具有良好的隔水作用，104采區為相對獨立的水文地質單元，太灰補給水源有限，可疏性強。

2 地質及水文地質概況

104采區主采煤層為二疊系山西組10煤層，采區面積3.3km2，地層平均傾角12°，工作面開采標高為-500m以下。三維地震勘探查明采區內發育斷層183條，落差0～100m。地面鉆探資料顯示，10煤層下距太原組一灰頂界面平均間距58m，主要巖性為泥巖和粉砂巖，巖性較致密，隔水性能較好。

3 充水因素分析

（1）10煤層頂底板砂巖裂隙水。一般由2～4層中、細砂巖組成，厚度11～50m，平均厚度42.60m，裂隙一般不太發育，靜止水位標高+22.62m，s=64.52mm，q=0.00181L/（s.m），富水性弱，水質為HCO3—Na類型。砂巖裂隙水通過淋、滲水形式進入作業工作面，是生產中的直接充水水源。（2）太原組灰巖水。地面鉆孔揭露太原組地層總厚度131.52m，含灰巖12層，自上而下命名為一～十二灰，累計厚度69.53m，占太原組地層厚度的52.87%。鉆探資料顯示一灰厚度為0.5～2.8m，平均厚度為1.4m，一灰至二灰間距為1.5～4.6m，平均間距為3.8m，二灰厚度為1.2～5.3m，平均厚度為4.0m，二灰至三灰間距為1.1～7.8m，平均間距為6.6m，三灰厚度為10.2～14.5m，平均厚度為12.3m。礦井內太灰富水不均一，具有垂直分帶性。以-350m標高為界，淺部-350m以上灰巖富水性強，深部-350m以下灰巖富水性逐漸減弱。太原組一～四灰抽水試驗查明淺部q=0.826～1.576L/s.m，富水性中等～強；深部q=0.0052～0.058L/s.m，富水性弱。水位標高+1m～+21.12m，水質為HCO3-Mg.K+Na、HCO3·Cl-Na·Mg型。

4 水害分析及防治方法

10煤層頂底板砂巖裂隙水富水性弱，主要以淋、滲方式進入巷道，采取自然疏干、安泵排水即能滿足安全生產需要；太原組灰巖水高承壓、弱富水，威脅礦井生產安全，是水害治理的重點。掘進期間嚴格執行“預測預報、超前探查、先探后掘、先治后采”的防治水原則，結合104采區水文地質特點，采取施工揭穿灰巖的放水巷及灰巖內長距離順層鉆孔疏水降壓，實現零壓開采。

5 防治水工程設計

（1）物探及鉆探設計。放水巷揭露灰巖前采取物探超前探查、鉆探驗證掩護的方法，每85m施工一次瞬變電磁，針對物探異常區及巷道前方施工探查鉆孔，鉆探控制超前距離不小80m，每循環最大允許掘進距離75m，確保超前距不小于30m；（2）布孔方案。物探完成后，在迎頭靠近水溝一側施工鉆場。鉆場要求：長×寬×高=5.5m×4.2m×3.2m，鉆場打水泥地坪（厚150mm），建立排水系統。巷道底板距灰巖法距30m、15m時，分別施工1組底板探查鉆孔，每組4孔且呈扇形布置，其中掘進方向2孔，兩側各1孔。終孔層位法距30m位置時分別控制在二灰、三灰；法距15m位置時分別控制在三灰、四灰。揭露灰巖后，若水量較小，采用ZDY-12000S型大功率鉆機沿三灰施工長距離鉆孔，充分揭露灰巖進行放水；（3）鉆孔技術要求。各孔要有單孔設計，施工單位要編制施工安全技術措施。鉆機安裝要穩固，其底座錨桿或壓車柱符合有關規定；采用全液壓坑道安全機施工鉆孔。各孔開孔采用Φ133mm鉆進5.5m，下Φ127mm護壁管5m，掃孔到孔底并進尺0.5m，做耐壓試驗，試驗壓力不低于靜水壓力的1.5倍，穩定時間不小于30min。用Φ113mm刮刀鉆頭鉆進至40米，下入Φ108mm止水套管，固管48小時，掃孔到孔底并進尺0.5m，沖凈巖粉后，采用壓水方式進行套管耐壓試驗。試驗穩定壓力不小于靜水壓力的1.5倍，鉆孔吸水量小于20L/min，鉆孔及周邊無滲漏和套管無松動或頂出現象，穩定時間30min以上為合格。試壓合格后安設高壓閘閥，然后采用Φ75mm刮刀鉆頭鉆進至終孔為裸孔，孔徑Φ75mm。鉆孔結束后，若鉆孔無水，采取注漿封堵，原則上先稀后濃，當注漿工作壓力上升時，調稀漿液濃度，緩慢達到結束標準。注漿結束標準：注漿壓力達到6Mpa、進漿量小于20l/min、延續時間30min。若鉆孔出水，進行疏放。

6 涌水量預計及防排水設計

采用比擬法預計10煤層頂底板砂巖裂隙水涌水量為5m3/h；采用裘布依承壓水-潛水完整型公式[1]預計灰巖涌水量：

式中：Q—水平巷道涌水量，m3/d；L—水平巷道長度，302m；K—滲透系數，0.21 m/d；H—巷道處水位，H=422.707m；M—承壓含水層厚度，35m；h—巷道內靜止水位高度，0m；R—影響半徑，，1937.09m。帶入上式求得Q=928.65m3/d≈39m3/h。綜上，預計巷道施工期間最大涌水量44m3/h。

放水巷按4‰上山施工且施工有排水溝，能夠自流排水，礦井中央泵房排水能力2100m3/h，能夠滿足排水需要。

7 注意事項

鉆孔施工過程中，出現大于5m3/h的涌水時必須停止鉆進，記錄出水段深度、測定涌水量和水壓；按化驗要求每孔取一個水樣，若水量較大，則加倍。若有大量出水，則對于出水深度、巖性、水量、水壓和水溫進行嚴格觀測與記錄，鉆孔放水時應加密對鉆孔出水量、水壓、水溫等動態參數的觀測次數[2]。當探查孔總涌水量大于30m3/h、單孔涌水量大于10m3/h或動態水壓大于1.5MPa時，嚴禁進尺，待鉆孔水量小于以上數值后方可恢復進尺。

8 組織管理

（1）成立以礦長為組長的防治水領導小組，總工程師、地測副總具體負責防治水技術工作，從人、財、物等各方面確保防治水工作順利推進；（2）開展安全隱患排查，把放水巷的工程監督、檢查作為預防重點，發現隱患立即整改；（3）加強排水系統檢查與維護，對排水路線定期巡查、清理；（4）施工現場懸掛允許進尺牌板，施工單位每班填寫，掌握掘進進度，同時每天將進尺匯報礦調度，到達規定位置必須停頭。

參考文獻：

[1]武強，董書寧，張志龍，礦井水害防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

[2]煤礦防治水規定[S].北京：煤炭工業出版社，2009.

作者簡介：宗榜明（1985-），男，安徽淮北人，本科，助理工程師，主要從事煤礦防治水方面的工作。