東灘礦63上04工作面突水分析

楊旭偉 付民強

(兗州煤業股份有限公司東灘煤礦，山東省鄒城市，273500)

兗州煤田是一個斷層切割圍成的不完整的向斜盆地，東灘井田六采區位于兗州向斜南翼，靠近核部和深部，次一級褶皺和斷裂構造均較發育。六采區東西長約5 km，南北寬約1.8～2.8 km，面積約9.99 km2，主采3#煤層(3#煤層個別地方分叉為3上煤層和3下煤層)。六采區周邊采區的3#煤層均已開采完畢，含水層淺部的水基本已經疏放完畢。

63上04工作面是六采區首采工作面，位于C2向斜軸部，處于整個六采區的最低處。煤層平均厚度5.2 m，工作面內地層傾角平緩，沒有較大地質構造。

63上04工作面于2015年12月7日生產，2016年12月11日正常停采，軌道巷推進距離1539.9 m，運輸巷推進距離1518.3 m，平均推進距離1529.1 m。

1 63上04工作面水文地質條件

63上04工作面主采3上煤層。3上煤層位于山西組下部，下距3下煤層平均距離10.21 m，距太原組三灰約50 m；上距侏羅系紅層56～93 m；煤層平均厚度5.2 m。開采時主要充水含水層為3#煤層頂板砂巖和侏羅系紅層、侏羅系上統蒙陰組砂巖孔隙、裂隙承壓含水層，該工作面區域厚500～530 m， 東厚西薄，巖性主要為褐紅色礫巖、紫紅色粗砂巖、淺灰色-紫紅色中砂巖、細砂巖、灰-淺灰色砂質泥巖、雜色-淺灰色泥巖等組成。富水性主要受構造和巖性等因素控制，富水性極不均一。單位涌水量0.0346～0.0439 L/(s·m)，靜止水位+26.71 m，水質類型為SO4·HCO3-K+Na型，礦化度1.348 g/L。砂巖厚度較大，巖石平均孔隙度和平均滲透系數也較大，透水性較強。

3上煤層頂板砂巖裂隙承壓含水層平均厚度16.24 m，巖性以灰至灰白色中粒砂巖為主，局部相變為細砂巖、粉砂巖與細砂巖互層。裂隙受構造影響局部較發育，富水性主要受巖性及構造影響。根據鄰近P1-8鉆孔抽水試驗資料，單位涌水量q為0.00002952 L/(s·m)，總體富水性弱。靜止水位+38.88 m，水質類型HCO3-Na+Ca型，礦化度1.135 g/L。

采用全煤厚綜放開采時3上煤層的導水裂縫帶高度：

(1)

式中：Hli——導水裂縫帶高度，m；

M——煤層厚度，m。

經計算，導水裂縫帶最大高度為62.8 m。因此工作面部分區段采后冒裂帶高度進入侏羅系紅層。

2 工作面回采前的防治工作

2.1 探放水

2015年7月，采用瞬變電磁法對63上04工作面進行了水文物探，共探測出4處富水異常區。利用鉆機對這4個異常區均進行了探放，證實異常區富水性較弱。

在63上04兩巷道布設探孔3個，其中1個探孔施工至3上煤層頂板以上45 m位置處，鉆孔出水，涌水量最大為8 m3/h，鉆孔終孔深度100 m，終孔后水量很快衰減至0.2 m3/h，探孔終孔層位為J3紅層。

在下部巖巷南翼總回風巷施工25個探孔，其中3個探孔出水，最大涌水量約為1.5 m3/h，終孔后水量即衰減。

本次探放水工程累計施工28個探孔，鉆進進尺3442.5 m，累計放出水量934 m3。

2.2 排水系統

(1)施工泄水孔。在工作面運輸巷97#、108#、119#收尺點處與下部巖巷立交的位置各施工2個(共6個)泄水孔，孔徑為150 mm，孔深約46 m。

(2)完善排水管路。由于工作面軌道巷高，運輸巷低，在運輸巷敷設兩路排水管路，管徑分別為159 mm和108 mm，接至運輸巷外部大巷后自然流向采區水倉，距離約1040 m。同時，在工作面備好排水泵及相關連接管件，排水能力達到120 m3/h。

3 工作面涌水狀況

自2016年2月24日開始，63上04工作面出現滴水現象。2月29日，當工作面推進至軌道巷300 m、運輸巷274 m時總水量增大至15 m3/h，隨后工作面架后始終有出水現象，最大時達到56 m3/h，工作面停面后采空區出水約23 m3/h，截至2016年12月13日累計放水6.4萬m3。

4 涌水水源分析

由采前的探放水工程和水文地質分析得出的結論是63上04工作面不會出現較大涌水，但是在回采過程中出現了瞬時涌水量56 m3/h、累計涌水6.4萬m3的較大水量，因此東灘煤礦對這次的涌水水源進行了分析。

(1)通過觀察發現涌水來源于工作面頂板和后部采空區底板，涌水通道為頂板冒落裂隙。

(2)涌水水質呈無色、無味、透明狀，口感好，無雜質；排除老空水(附近沒有老空區)、注漿水的可能性。

(3)對涌水點處提取的水樣進行水質全分析，水質類型為SO4·HCO3—Na型水，礦化度4060.41mg/L，通過對比分析發現，水質全分析各項測試結果符合紅層水和3#煤層頂板砂巖水特征。

(4)63上04工作面周邊1 km內水文長觀孔有第四系中組Q中-4孔、侏羅系紅層J3-16、J3-4，3#煤層頂板砂巖含水層P1-12、奧灰含水層O2D3、十四灰含水層L14-D1孔。

自工作面出現涌水以來各水文長觀孔的水位標高變化曲線如圖1所示。由圖1可以看出，J3-16鉆孔(紅層)水位由2016年1月的-218 m降至2016年10月份的-290 m，降幅為72 m，且在6月份水位出現斷崖式下降；J3-4鉆孔(紅層)水位由2016年1月的-71.27 m最低降至2016年4月份的-102 m，降幅為30 m；P1-12鉆孔(3砂) 水位由2016年1月的-190.9 m最低降至2016年11月份的-194 m，降幅為3.1 m。

圖1 水位標高變化曲線圖

相比周邊其余層位鉆孔水位，O2D3(奧灰)、Q中-4(第四系)、L14-D1(十四灰)均未見明顯變化，說明63上04工作面涌水水源為J3紅層及3#煤層頂板砂巖水，其中主要為J3紅層水。

5 防治水建議

63上04工作面自開采前的探測分析基本無水，工作面開采過程中的瞬時涌水量達56 m3/h，至工作面回采結束時達到23 m3/h的穩定涌水，雖然回采前后水文情況不一致，但并沒有造成工作面停產以至淹沒的被動防治水局面。同時，生產過程中的防治水工作是得力的。總結此次涌水教訓，為以后煤礦安全開采提出以下防治水建議。

(1)防排水系統是工作面的必備條件。必要的排水設施是防災抗災的基礎，切不可因預報偏差而弱化防排水設施的安裝。工作面運輸巷安裝的?159 mm和?108 mm排水管路和高效能排水泵是本次排水工作的關鍵。

(2)利用工作面的有利條件最大可能地完善排水設施。有條件的一定要施工泄水孔，不能施工泄水孔的巷道要施工集中排水池。同時排水管路、排水泵必須可靠，特別是排水泵的各項指標(揚程、流量等)要滿足施工地點的要求。本次排水工作施工的6個泄水孔提高了排水效率，減少了因距離過長帶來的排水困難。

(3)采區首采工作面，特別是采區的向斜軸處的工作面，須做好防排大水的各項準備工作。一般情況下，采區首采工作面所處區域的充水含水層沒有經過疏放，徑流系統完整、賦水較好。