煤礦導(dǎo)水構(gòu)造探測(cè)與防治技術(shù)研究

趙磊磊

（山西凌志達(dá)煤業(yè)有限公司，山西 山西 046600）

水害作為煤礦五大自然災(zāi)害之一，時(shí)刻都在影響著礦井正常生產(chǎn)和礦井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的人身安全。因此，做好礦井防治水工作一直以來(lái)都是礦井安全生產(chǎn)管理的重要工作［1］。特別是掘進(jìn)工作面，導(dǎo)水構(gòu)造極易產(chǎn)生大量涌水，嚴(yán)重威脅著井下作業(yè)安全，必須采用各類探測(cè)手段對(duì)掘進(jìn)工作面的導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行分析判斷，并在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)合理的排放水措施［2］。

1 掘進(jìn)工作面基本情況

凌志達(dá)煤業(yè)礦井田東西、南北分別長(zhǎng)為12 km、3.6 km，面積43.03 km2，核定生產(chǎn)能力3.60 Mt/a，屬高瓦斯礦井。主采煤層為2#、3#、8#、9#煤層。

48407 綜采工作面位于該礦南四采區(qū)，東部與南四軌道巷相鄰，南北分別與已回采的48409 工作面和48405 工作面相鄰，西部與南四尾巷相鄰。工作面開(kāi)采8#煤層，其下部的9#煤層尚未開(kāi)采，上部3#與8#煤層間距30.67～41.62 m，平均36.83 m。8#煤層煤厚2.09～3.50 m，平均2.86 m； 煤層傾角2°～11°，平均5°；工作面標(biāo)高+1 054～+1 127 m。48407 工作面頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

表1 48407 工作面頂?shù)装迩闆r

48407 綜采工作面采用一進(jìn)一回形式，布置皮帶巷和軌道巷。皮帶巷長(zhǎng)度為1877 m，承擔(dān)工作面皮帶出煤、回風(fēng)等任務(wù)；軌道巷長(zhǎng)度為1 847 m，承擔(dān)工作面進(jìn)設(shè)備材料、進(jìn)風(fēng)等任務(wù)；切眼長(zhǎng)度為186 m，由西向東推進(jìn)，主要用于48407 工作面采煤設(shè)備安裝。皮帶巷、軌道巷均為鐵棚支護(hù)，棚梁和棚腿的尺寸均為3.4 m，棚距均為0.8 m。

2 掘進(jìn)工作面水文地質(zhì)情況

2.1 含水層分析

48407 工作面地面位于冀家溝，由南向北穿過(guò)工作面中東部地表，溝底與8#煤層間距168 m，井田范圍內(nèi)接近地表有3 m厚的巖性為礫石的孔隙水含水層，其單位涌水量0.002 2～0.047 2 L/s·m，滲透系數(shù)5.88 m/d，富水性較弱。

K3砂巖裂隙水含水層水位標(biāo)高+1 142 m，厚度為4.5 m左右，厚度較大，位于3#與8#煤層之間。其單位涌水量0.004 1～1.215 L/s·m，滲透系數(shù)0.075 8 m/d，為8#煤層開(kāi)采時(shí)的主要充水水源。

奧灰水含水層水位標(biāo)高+986 m，厚度較大，位于8#煤層之下，其單位涌水量0.006 1～5.316 L/s·m，滲透系數(shù)0～10.851 m/d。

2.2 隔水層分析

井田范圍內(nèi)有兩層主要隔水層，分別位于山西組底部和太原組中部。山西組底部隔水層位于8#煤層上部，與8#煤層平均距離10.75 m，平均厚度6.13 m，巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖等，具有較好的穩(wěn)定性和隔水性，是8#煤層的主要隔水層。太原組中部隔水層位于8#煤層下部，與8#煤層平均距離38.46 m，平均厚度15.12 m，巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖等，可以減弱各含水層之間的水力聯(lián)系。

3 導(dǎo)水構(gòu)造探測(cè)

煤礦斷層、無(wú)炭柱等地質(zhì)構(gòu)造在開(kāi)掘作業(yè)和回采作業(yè)后，易受應(yīng)力作用形成導(dǎo)水通道出現(xiàn)涌水事故。根據(jù)48407 工作面上覆3#煤層工作面回采情況來(lái)看，48407 工作面軌道巷掘進(jìn)時(shí)所遇斷層、無(wú)炭柱等地質(zhì)構(gòu)造具有潛在的導(dǎo)水性。因此，本次研究采用物探、鉆孔等探測(cè)手段，對(duì)48407 工作面軌道巷掘進(jìn)時(shí)所遇斷層、無(wú)炭柱等潛在的導(dǎo)水構(gòu)造情況進(jìn)行探測(cè)分析。

3.1 瞬變電磁探測(cè)

在48407 工作面軌道巷掘進(jìn)前，采用地面瞬變電磁法進(jìn)行導(dǎo)水構(gòu)造探測(cè)，瞬變電磁探測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 瞬變電磁探測(cè)結(jié)果

對(duì)圖1 進(jìn)行分析可以得出，48407 工作面軌道巷掘進(jìn)前方的F12斷層和X1 無(wú)炭柱電阻率較小，地質(zhì)構(gòu)造富水性較強(qiáng)，推測(cè)其水源主要為山西組K3砂巖裂隙水含水層。

3.2 水文地質(zhì)鉆孔探測(cè)

在48407 工作面軌道巷掘進(jìn)期間，對(duì)前方的F12斷層和X1 無(wú)炭柱進(jìn)行水文地質(zhì)鉆孔探測(cè)，見(jiàn)圖2。對(duì)F12斷層分別施工3 個(gè)鉆孔（1 號(hào)鉆孔方位角73°，孔深51 m；2 號(hào)鉆孔方位角107°，孔深53 m；3 號(hào)鉆孔方位角143°，孔深52 m）；對(duì)X1 無(wú)炭柱分別施工3 個(gè)鉆孔（4 號(hào)鉆孔方位角105°，孔深110 m；5號(hào)鉆孔方位角122°，孔深115 m；6 號(hào)鉆孔方位角140°，孔深118 m）。

圖2 水文地質(zhì)探測(cè)鉆孔布置

在各個(gè)水文地質(zhì)鉆孔施工過(guò)程當(dāng)中，1 號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)鉆孔不同程度地出現(xiàn)了涌水現(xiàn)象；4 號(hào)、5 號(hào)和6 號(hào)鉆孔幾乎無(wú)涌水。對(duì)鉆孔涌水取樣化驗(yàn)，將其與各個(gè)含水層水樣水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，得出涌水水源為山西組K3砂巖裂隙水含水層。

3.3 導(dǎo)水構(gòu)造分析

X1 無(wú)炭柱導(dǎo)水性能較差；F12斷層具有裂隙導(dǎo)水作用，使掘進(jìn)工作面與山西組K3砂巖裂隙水含水層存在水力聯(lián)系。因此，在瞬變電磁探測(cè)時(shí)電阻率較小區(qū)域，水文地質(zhì)鉆孔探測(cè)出現(xiàn)涌水。

4 防治水技術(shù)

根據(jù)導(dǎo)水構(gòu)造探測(cè)結(jié)果，山西組K3砂巖含水層的裂隙水水量較小、補(bǔ)給較差，水量約0.2～0.4 L/s，且山西組底部具有較厚且較穩(wěn)定的隔水層。

48407 工作面掘進(jìn)軌道巷防治水，直線距F12斷層至30 m處停止掘進(jìn)，迎頭布置3 個(gè)直徑為50 mm的排放水鉆孔，并將閥門安設(shè)于排放水鉆孔孔口處，控制排放水水量大小。在巷道內(nèi)施工兩個(gè)臨時(shí)水倉(cāng)，水倉(cāng)內(nèi)布置7.5 kW潛水泵，保證井下排水管管路暢通。為保證排水供電系統(tǒng)的穩(wěn)定，將原排水供電系統(tǒng)改造為雙回路供電系統(tǒng)。

3 個(gè)排水孔排放水工作歷時(shí)10 天左右，整體上排放水比較平穩(wěn)順利，累計(jì)排放水量達(dá)2.1×105m3，至最后3 個(gè)排放水鉆孔均無(wú)水排出。排水后，48407 工作面軌道巷向前掘進(jìn)，依次揭露F12斷層和X1 無(wú)炭柱。F12斷層實(shí)際落差8.3 m，并伴生許多落差在1 m左右的較小斷層，X1 無(wú)炭柱的長(zhǎng)軸7.5 m，短軸5.9 m。在掘進(jìn)經(jīng)過(guò)上述兩個(gè)地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，均無(wú)淋水、涌水現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

在48407 工作面軌道巷掘進(jìn)工作面的防治水工作中，針對(duì)導(dǎo)水構(gòu)造等地質(zhì)情況，采用物探、鉆孔等探測(cè)手段，對(duì)掘進(jìn)工作面遇到的導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行分析判斷，并在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)合理的排放水措施。保證了掘進(jìn)工作面的掘進(jìn)效率和作業(yè)安全，為該礦其他掘進(jìn)工作面的防治水工作提供了借鑒。