復雜水文地質條件下斷層活化出水防治水技術研究

范談斌

（冀中能源股份有限公司 邢臺礦，河北 邢臺 054000）

1 概 況

邢臺礦51100 采區(qū)位于邢臺礦井田西部，井下位于西風井西南部。采區(qū)整體呈一寬緩向斜構造，東部以F15 斷層為界，南到F12 斷層，西到F26斷層，北到5 號煤層隱伏露頭，采區(qū)走向長1 500 m，傾向長1 360 m，煤層標高－40—－200 m。由于F15、F12 斷層在該地區(qū)內相互切割，使該地區(qū)形成一個相對獨立的構造單元。

51121 工作面位于51100 采區(qū)東南部，東鄰F15 斷層及SF12 斷層，南至F12 斷層防水煤柱線，西鄰51119 采空區(qū)，北至51100 運輸上山為界。該工作面開采煤層為5 號煤，工作面走向長551.6~574.1 m，傾斜長90.8 ~ 121.4 m，煤層埋深標高-170 —-200 m，煤層平均傾角3°，煤層平均煤厚1.96 m，工作面可采儲量15.733 4 萬t。

2 工作面水文地質條件

根據(jù)51100 采區(qū)地質及水文地質資料分析，該工作面水文地質條件已查明，斷層構造發(fā)育，根據(jù)巖性、含水介質特征及地下水類型，該區(qū)域含水層自下而上可劃分為奧陶系灰?guī)r含水層、大青灰?guī)r含水層、野青灰?guī)r含水層、煤系砂巖含水層及第四系底部礫石含水層等（該地區(qū)伏青灰?guī)r含水層缺失）。其中奧陶系灰?guī)r、本溪灰?guī)r、大青灰?guī)r、5 號煤底板砂巖為5 號煤底板含水層，野青灰?guī)r、5 號煤頂板砂巖、第四系底部礫石層為5 號煤頂板含水層。

根據(jù)51100 采區(qū)的水文地質資料及工作面附近9703 鉆孔、擴23 鉆孔資料分析得知，工作面5 號煤上距底礫含水層81.03 ~ 88.4 m，上距2 號煤49.92 ~ 52.94 m，上距野青灰?guī)r含水層7.47～8.9 m，下距大青灰?guī)r含水層66.74～71.07 m，下距奧灰含水層130.06 m，詳情如圖1 所示。

圖1 51121（綜采） 工作面煤層與各含水層間距（參考9703、擴23 鉆孔）Fig.1 Spacing between coal seams and aquifers at 51121(fully mechanized)working face(reference 9703,borehole expansion 23)

3 出水情況原因分析

51121 運輸巷里段緊鄰F12 斷層防水煤柱線掘進，斷層在區(qū)段較發(fā)育，運輸巷在226 號點前20~35 m 處先后揭露f51121-8 斷層（H=1.1 m） 與f51121-9 斷層（H=5 m），在揭露斷層后20 d，斷層所在位置發(fā)生底鼓現(xiàn)象并往外涌水，底鼓高度0.6~1.6 m，兩幫壓力較大，水量峰值75 m3/h。水質化驗顯示與附近大青灰?guī)r水質一致。

51121 運輸巷出水點外側為F12 斷層，該斷層落差＞150 m，傾角70°，該斷層由沖601、8303鉆孔控制，斷層位置基本準確。此次出水點距離F12 斷層間距89 m，距F12 斷層防水煤柱線17 m，分析F12 斷層不是此次出水的直接原因。

此次出水由51121 運輸巷底鼓引起，底鼓段位于f51121-8（H=1.1 m） 與f51121-9（H=5 m） 2條斷層交匯處。初次揭露2 條斷層時均不導含水，但2 條斷層交匯處斷層易活化，含水層水易通過斷層裂隙向外涌水，且易發(fā)生底鼓、片幫現(xiàn)象。因此分析本次出水主要是受f51121-8、f51121-9 兩條斷層影響所致。51121 出水點位置及治理鉆孔布置情況如圖2 所示。

圖2 51121 出水點位置及治理鉆孔布置情況Fig.2 51121 Water outlet point position and treatment drilling arrangemen

4 出水點治理

4.1 加大排水能力

第一時間將51121 運料巷（原運輸巷） 排水能力由80 m3/h 提升為200 m3/h，確保出水點水量變大能及時外排。后續(xù)從邢東礦借來排水能力200 m3/h 的水泵2 臺，使最終排水能力提高至400 m3/h。原51121 運料巷（原運輸巷） 排水系統(tǒng)為接力排水，全部替換為直排系統(tǒng)，使出水點涌水直排51100 采區(qū)大巷。

4.2 壘排木垛阻止巷道繼續(xù)底鼓變形

經現(xiàn)場觀測，51121 運料巷（原運輸巷） 底鼓區(qū)域有進一步變形現(xiàn)象，為防止底鼓變形加劇導致出水量變大，及時采取了防止底鼓繼續(xù)發(fā)育的措施，自底鼓區(qū)域及后方10 m 范圍內進行排木垛，排成4 排每排2 個，有效地阻止了巷道繼續(xù)底鼓變形，在一定程度上阻止了出水點底板裂隙變大，水量變大跡象。

4.3 施工防水閘墻

在51121 運料巷（原運輸巷） 225 點前6 ～13.5 m 處施工了防水閘墻。墻內共預埋了11 趟4寸管用作泄壓放水。墻體及與巷道接觸面全部用化學漿注漿。此次施工使用水泥30 罐、沙子34 罐、石子39 罐、噴漿料8 罐、25 kg 大閥門11 個、化學漿42 t。

對邢臺礦51121 出水點情況進行分析，并最終確定在出水點巷道施工擋水墻。通過施工擋水墻，可有效控制出水點水量，同時在一定程度上對巷道四周及底板注漿加固，阻止了底鼓區(qū)域延伸變形。將墻體內一趟管路與運輸巷排水管路相連接，通過墻體內水壓自壓至通51100 運輸大巷，節(jié)省了水泵檢修、管路維護的時間。

4.4 對出水點附近破碎帶注漿加固

51121 運輸巷（原運料巷） 距出水點距離33 m，距離出水點較遠，待51121 運料巷（原運輸巷） 防水閘墻建成關閉后，不會導致出水點從運料巷出水，因此不再對51121 運輸巷（原運料巷） 施工水閘墻。為安全起見，對該區(qū)域進行了針對性的注漿加固，共施工了5 個鉆孔，累計進尺430.5 m，注漿量7.5 t，可保證工作面安全初采。

表1 工作面出水點附近注漿加固鉆孔成果Table 1 Drilling results of grouting reinforcement near the outlet of working face

4.5 重新規(guī)劃51121 切眼

51121 原設計切眼位置斷層構造極其發(fā)育，水文情況復雜，重新調整新切眼位置，避開遠離出水點位置，避免了出水點對51121 工作面安全開采的影響。同時對新切眼外側進行了底板注漿加固，共施工了7 個鉆孔，累計進尺744 m，注漿量6.6 t，可保證工作面安全初采。

表2 工作面新切眼外側注漿加固鉆孔成果Table 2 Drilling results of grouting reinforcement outside the new cut in working face

4.6 加強跟班監(jiān)測

51121 運料巷（原運輸巷） 出水期間，每班安排人員現(xiàn)場盯班，觀測出水點水量變化情況，當發(fā)現(xiàn)水文異常時及時匯報。經連續(xù)觀測多日，水量整體呈衰減趨勢，已由最大出水量75 m3/h 衰減至15 m3/h。后續(xù)開始定期觀測，經過近2 個月觀測，51121 出水點水量已穩(wěn)定在9 m3/h。

5 結 語

51121 運輸巷因斷層活化導致巷道底鼓出水的成功治理，有效消除了出水點對51121 工作面安全開采的水害影響，并且該項目的成功實施，為今后處理類似情況提供借鑒經驗。