納林河二號礦井首采工作面安全回采防治水工作評價

李海深 梁向陽 方剛 黃浩

摘? ?要：東勝煤田內的煤炭礦山在采掘過程中普遍受到頂板砂巖含水層的水害威脅。納林河二號礦井在建設、生產期間均不同程度地受到其上覆巨厚侏羅系延安組-直羅組砂巖含水層水的影響，經前期探查，其礦井31101首采工作面3-1煤層頂板發育有侏羅系巨厚層古河床沉積砂巖含水層，因此對該工作面后期回采造成了嚴重困擾。結合完成的水文地質補充勘探、封閉不良鉆孔啟封等工作，礦井采用物探、鉆探技術開展工作面超前探疏放水工作，通過對礦井首采面安全回采防治水工作進行評價，為礦井的安全生產工作保駕護航。

關鍵詞：納林河二號礦井? 頂板水害? 礦井防治水技術? 安全評價

中圖分類號：TD741? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0043-04

納林河二號礦井位于東勝煤田納林河勘查區的西部，行政區劃隸屬于鄂爾多斯市烏審旗無定河鎮管轄。井田面積約180.67km2，礦井煤炭地質資源量為1507.65Mt，可采儲量為796.38Mt，設計生產能力8.0Mt/a，服務年限71.1a，采用立井式開拓，綜合機械化開采。

礦井主采3-1煤層，31101首采工作面上覆有第四系松散含水層、白堊系洛河組含水層、侏羅系直羅組含水層和延安組含水層，根據礦井水文地質條件分析，礦井的直接充水水源為煤層上覆的侏羅系直羅組和延安組砂巖孔隙裂隙含水層水[1-2]。

結合完成的井田首采區水文地質補充勘探、封閉不良鉆孔啟封等工作，礦井采用物探、鉆探相結合的手段，開展工作面超前探、疏放水工作，通過對3-1煤層頂板含水層水的有效疏放，可緩解后期工作面回采的頂板水害壓力，確保礦井首采工作面的安全生產[3]。

1? 礦井31101首采工作面概況

該工作面位于納林河二號礦井首采區中部，31101首采工作面北以回風順槽、南以運輸順槽、西以一號輔助運輸巷、東以切眼為界，工作面走向長3030m，采長240m，總面積727200m2，工作面開采的侏羅系延安組上部3-1煤層平均煤厚約5.5m。礦井為整裝井田，在該工作面鄰近區域不存在采空區。工作面地表為新月形沙丘地貌，生長零星楊樹[1-2]。

沿31101工作面走向，在勘探期間共施工了5個地面鉆孔，分別是NL32、MD20、NL43、MD27、NL50。鉆孔實際揭露資料表明，該工作面3-1煤層厚度呈總體南部厚，北部薄;煤層標高在+566.29～+578.78m之間，南高北低，埋深540～570m，整體為單斜構造，工作面煤層傾角1～2°，工作面回采時將以小角度俯采為主。頂板巖性主要為砂質泥巖，少數為粉砂巖，底板巖性主要為砂質泥巖。

2? 礦井開展防治水工作

2.1 首采區水文地質補充勘探

根據“井田首采區補勘報告”可知，首采工作面頂板導水裂縫帶范圍內，共發育三層含水層：（1）3-1煤層頂板侏羅系延安組砂巖裂隙含水層，厚度12.58～28.96m，位于3-1煤層以上4.87～16.2m范圍內，巖性為中粒砂巖、中粗粒砂巖;（2）2-1煤層頂板侏羅系延安組砂巖裂隙含水層，厚度8.61～20.08m，位于3-1煤層以上48.68～83.17m范圍內;（3）侏羅系直羅組下段砂巖含水層，厚度15.92～51.32m，位于3-1煤層以上77.39～109.4m范圍內，巖性以灰白色中粗粒砂巖為主（見表1）。

根據“井田首采區補勘報告”（三維地震部分）中對3-1煤層頂板以上50m、75m、100m和125m地層切片，31101首采工作面范圍內的新舊回撤通道、切眼附近存在富水異常區。其中，3-1煤層頂板以上50～100m范圍內的富水異常主要位于NL32和MD20鉆孔附近，與MD20鉆孔資料中顯示的“侏羅系直羅組下段含水層距離3-1煤層較近、厚度較大”現象存在明顯的對應性;而在切眼附近的3-1煤層頂板以上75m的富水異常，則與NL50鉆孔資料中顯示的“2-1煤層頂板侏羅系延安組含水層位置”相對應。

井田首采水文地質補充勘探工程施工有4個地面水文長期觀測孔，其中MDBS1、MDBS2和MDBS5觀測延安組含水層，1個孔（MDBS4）觀測洛河組含水層。除MDBS5距31101首采工作面較遠（約3550m），其他3個孔均在距離首采工作面1110m范圍附近。

通過一定時期的水文長觀資料可知，井田內白堊系洛河組含水層與下部含水層水力聯系不明顯，說明其之間的隔水層隔水性能較好，而侏羅系延安組含水層水位下降較快、側向補給和連通性較差，初步判斷對首采工作面采前開展的頂板水疏降工作有利[4]。

2.2 封閉不良鉆孔啟封

在井田首采區及其附近存在有27個以往勘探鉆孔，且鉆孔封孔資料不詳，認為均為封閉不良鉆孔，礦井對所有鉆孔進行啟封，重新注漿處理。

經過近1年的鉆孔啟封、注漿、封閉工作，將以上不良鉆孔全部完成，程量14681.90m，采集封孔水泥樣品27件。施工的27個鉆孔中，原鉆孔未封閉鉆孔（井口至啟封深度）4個（NL42、MD23、NL14、NL15），占啟封鉆孔14.8%;原鉆孔未鉆至層位且殘留鉆具鉆孔1個（NL42′），占啟封鉆孔3.7%;原鉆孔存在殘留鉆具鉆孔2個（MD34、MD19），占啟封鉆孔7.4%;部分封閉鉆孔20個（MD20、NL43、MD27、NL51、NL50、MD28、MD26、NL62、NL64、NL52、NL63、NL65、NL45、MD25、NL46、NL53、NL54、MD24、NL13、NL44）占啟封鉆孔74.1%，原鉆孔全孔封閉鉆孔0個。通過啟封檢驗各鉆孔封孔質量均為不合格。

在31101首采工作面內及其周邊共有5個以往煤炭勘探孔，其中MD20、NL43、MD27、NL50均屬于原鉆孔未封閉鉆孔，經地面啟封后，已經排除了這4個孔的安全隱患;NL32鉆孔周圍巷道已經完成掘進，且距離首采工作面停采線約296m，不會對工作面回采產生安全隱患。另外需要指出的是，地面MDBS1水位觀測孔處于工作面采后覆巖破壞影響范圍之內，在工作面回采至該鉆孔附近時，應采取封孔措施，防止該孔導通上部含水層，造成水害事故[5]。

2.3 工作面井下物探工程

納林河二號礦井首采工作面頂板綜合物探采用了礦井瞬變電磁法勘探及音頻電穿透視兩種勘探方法，兩種方法探測異常的范圍及強度反映了相應巖層賦水性的分布位置及強弱。

通過對比兩種勘探方法資料，分析認為工作面頂板上0～60m層段異常區相對較弱，推斷3-1煤層頂板侏羅系延安組砂巖含水層富水性相對較弱，異常區段附近局部相對富水;60～120m層段異常區相對集中，推斷2-1煤頂板侏羅系延安組砂巖含水層、侏羅系直羅組砂巖含水層相對富水，異常區段附近巖層富水性相對較強;120～140m層段異常區相對集中，推斷直羅組砂巖含水層相對富水，異常區段附近巖層富水性相對較強[6-7]。

2.4 工作面井下鉆探工程

根據礦井31101首采工作面已施工完成了184個頂板探放水鉆孔資料可知，鉆孔揭露的侏羅系直羅組下段含水層底部距離3-1煤層頂板84～110m、水壓4.0～5.6MPa、涌水量85～136.55m3/h，且“水壓高、水量大”的特點在整個工作面頂板含水層（主要是直羅組下段含水層）分布比較均勻[8]。另外，根據T3鉆場和T16鉆場的鉆孔實際揭露的地層發育情況，直羅組下段含水層位置與“井田煤炭勘探報告”中勘探孔的實際揭露情況描述比較接近，說明侏羅系直羅組下段含水層底板與3-1煤層頂板的最小距離<80m，工作面回采后導水裂隙帶必然會波及到該含水層。

31101首采工作面頂板含水層（特別是侏羅系直羅組下段含水層）存在“水壓高、水量大、分布廣泛”的特點;局部地段侏羅系直羅組下段含水層距離3-1煤層在80m左右。

為了驗證工作面頂板水疏降效果，礦方在切眼附近的回風順槽和輔運順槽分別施工了一個探查鉆孔（見表2）。

施工結果表明：T15-5鉆孔涌水量26.23m3/h;Y25-4鉆孔涌水量10.4m3/h，水壓2.1MPa;通過疏放水，到8月7日，T15-5鉆孔涌水量2.5m3/h;Y25-4鉆孔涌水量4.8m3/h。另外，近期Y26-4鉆孔水壓基本穩定在2.2MPa。結合放水試驗的水壓觀測數據可知，工作面切眼附近已經形成了較顯著的降落漏斗，局部位置達到了1.0MPa以下。

放水試驗過程中首采工作面切眼附近鉆孔總涌水量基本穩定時，根據T9-1、T12-3、T14-2、T16-5、T15-1、Y22-3、Y26-4等水壓觀測孔的穩定水壓值，能夠初步確定該區域降落漏斗的形狀（以T16-5鉆孔為降落漏斗中心），該降落漏斗符合y=284.64x0.1748冪函數方程式。根據該冪函數方程式，以MDBS2地面水文孔水位為3-1煤層頂板3個含水層的初始最高水位（+1037m），計算得到降落漏斗的影響半徑為1630m。

據統計，首采工作面頂板含水層已經累計疏放水量約143萬m3;工作面里段650m范圍內已疏放水量為41萬m3，其中動儲量疏放量為11.1萬m3，靜儲量疏放量為29.9萬m3。根據計算，工作面里段650m范圍內頂板水靜儲量為29.7萬m3（見圖1），說明該段范圍內頂板水靜儲量已得到充分疏放[9-10]。

3? 首采工作面排水系統

3.1 工作面順槽排水管路

回風順槽布置有2趟Φ273管路作為專用疏放水和排水，布置1趟Φ108排水管路作為收集巷道中的積水和排水使用，另布置1趟Φ108黃泥灌漿管路可以作為排水使用。膠運順槽布置1趟Φ108排水管路作為收集巷道中的積水和排水用。輔運順槽布置2趟Φ377管路作為專用疏放水和排水，布置1趟Φ108排水管路作為收集巷道中的積水和排水用，另布置1趟Φ108黃泥灌漿管路可作為排水使用。

在緊急情況下布置在回風順槽、膠運順槽、輔運順槽中的消防灑水、壓風管路均可改作排水管路使用。

3.2 工作面臨時排水系統建設情況

工作面排水系統，利用礦用隔爆水泵通過排水管路將各積水點的水排入兩條順槽的中轉水倉，通過膠管將中轉水倉水排入兩順槽排水專用的Φ273/Φ377mm管路中，再通過大巷永久管路排至一號永久水倉。

回風順槽設計布置3個容積68m?和4個容積102m?的中轉水倉，目前已經全部施工完成。輔運順槽設計布置4個容積182m?和4個容積144m?的中轉水倉，目前已全部投入使用。

在工作面切眼附近設置31102臨時水倉，水倉容積715m?，已投入使用。工作面舊回撤通道水倉，容積約1350m?，首采工作面臨時水倉的總容積為3981m?。

4? 結語

綜上所述，通過已開展的首采區水文補勘、封閉不良鉆孔啟封、井下工作面物探工程和鉆探工程等防治水工作，納林河二號礦井31101首采工作面里段650m范圍內疏放水效果明顯，頂板充水含水層靜儲量已經得到充分疏放，目前疏放孔涌水量已經衰減至5m3/h以下，31101首采工作面初期開采范圍內中心水壓觀測孔孔口水壓疏降至1MPa左右，鉆孔穩定總水量占本段預計動態涌水量的80%左右，且鉆孔數量變化1/3（33個孔→44個孔），總涌水量與水壓力基本不變。目前工作面里段及其外圍已經形成了基本穩定的降落漏斗。從水文地質條件及疏放水效果分析，31101首采工作面0～650m段疏放水工作已經達到了預期的目的，在配備足夠排水能力的前提下，基本具備了安全回采的條件。

參考文獻

[1] 劉毅濤. 納林河二號礦井31101工作面覆巖破壞與涌水關系研究[J]. 煤炭與化工， 2019， 42（1）： 65-66， 71.

[2] 趙忠證. 納林河礦區首采工作面涌水量計算研究[J]. 內蒙古煤炭經濟， 2014（12）： 116-117.

[3] 張發旺， 陳立， 王濱， 等. 礦區水文地質研究進展及中長期發展方向[J]. 地質學報， 2016， 90（9）： 2464-2475.

[4] 方剛， 劉柏根. 基于巴拉素井田多孔抽水試驗的含水層特征及水力聯系研究[J]. 水文， 2019， 39（3）： 36-40， 67.

[5] 楊建， 梁向陽， 劉基. 封閉不良天然氣孔突水過程的水文地球化學特征[J]. 煤田地質與勘探， 2017， 45（5）： 82-86.

[6] 李永濤， 蒲治國， 丁湘， 等. 綜合物探在納林河二號礦井砂巖水防治中的應用[J]. 中國煤炭地質， 2018， 30（10）： 75-79.

[7] 石磊. 納林河二號蒙陜接壤區納林河二號礦井首采工作面頂板富水性探查[J]. 中國煤炭地質， 2014， 26（10）： 49-52， 72.

[8] 方剛. 榆橫南區煤層頂板富水性探查研究及治理評價[J]. 礦業安全與環保， 2017， 44（5）： 98-102.

[9] 陳晨， 賈建稱， 董夔， 等. 神東礦區納林河二號礦井延安組煤層頂板富水區規律[J]. 中國煤炭地質， 2018， 30（4）： 36-44.

[10]李秀娟， 田國林， 高小文， 等. 納林河二號煤礦首采區煤礦涌水量預測及其參數靈敏度分析[J]. 水土保持通報， 2017， 37（5）： 309-314.