平朔井工開采煤層頂?shù)装逅牡刭|(zhì)條件評價及防治水對策研究

張忠溫，武 強，付恩俊，樊振麗

(1.中煤平朔煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西朔州036006;2.中國礦業(yè)大學(xué)，北京100083)

1 前言

1.1 我國頂?shù)装逅1～4]

中國煤炭資源豐富，煤炭資源的開發(fā)利用是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分和既定國策。然而，我國許多煤田水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，煤層開采過程中受到多種水體的威脅，頂板水問題十分普遍，底板突水問題也非常突出，煤礦突水事故頻繁發(fā)生，嚴重地威脅著煤炭的安全開采，并不斷造成巨大的經(jīng)濟損失和不良社會影響。

煤礦頂板水是指煤層頂板以上的承壓、潛水含水層水，在煤炭開采過程中通過斷層帶、裂隙涌入或在頂板孔隙裂隙滲入、淋、滴入礦井采面的水體;在開采煤層情況下，圍巖應(yīng)力重新分配，冒落帶高度范圍內(nèi)頂板巖層產(chǎn)生新的裂隙或裂隙性質(zhì)向張性改變，導(dǎo)致新增的頂板水進入礦井，對開采造成重大威脅，有時發(fā)生涌(突)水事故，形成煤礦頂板水害。頂板水在我國礦井生產(chǎn)中普遍存在，侏羅紀、二疊紀煤層的頂板水主要是砂巖，石炭系煤層頂板水主要是石灰?guī)r，部分地區(qū)為砂巖，如山西高原的沁水、大同、平朔礦區(qū)等。

煤礦底板突水，是指煤層下伏承壓含水層中的水突然涌入采掘工作面，使礦井涌水量增加或淹井的災(zāi)害現(xiàn)象，底板突水是我國煤田水文地質(zhì)條件的顯著特征之一，并且底板水具有的強富水和高水壓特點致使下組煤層難以開采。據(jù)原煤炭工業(yè)部統(tǒng)計，占全國煤炭儲量60%的華北型煤田，其受底板承壓水威脅的煤炭儲量就在160億t以上，造成40%左右的煤炭不能正常開采。我國北方主要產(chǎn)煤的華北型礦區(qū)，東起徐州、淄博，西至陜西渭北，北起遼寧南部，南至淮南、平頂山一帶，礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜，下組煤層與其下伏的灰?guī)r巖溶含水層之間的隔水層厚度從幾米到幾十米不等，幾乎都受石炭二疊紀煤系底部巨厚層奧陶系、寒武系灰?guī)r強富水含水層高壓水的影響，礦井底板巖溶水害嚴重。比如，在1984年6月2日開灤范各莊礦2171綜采工作面發(fā)生的陷落柱奧陶系灰?guī)r水突水事故，以及2003年9月2日0時30分，河南省伊川縣奮進煤礦黃村分礦發(fā)生的底板寒武系灰?guī)r水突水事故均造成了巨大經(jīng)濟損失。南方煤田煤層下方茅口灰?guī)r厚度達140～170 m，煤層底板至灰?guī)r之間的隔水層僅數(shù)米甚至無隔水層，礦井受底板水害威脅嚴重。目前，礦井水害尚處于散亂和不完善狀態(tài)，難以快速地查閱、處理和科學(xué)分析各種水害信息。煤礦淹井傷人事故仍多有發(fā)生，給人民的生命與財產(chǎn)帶來了極大的損失，嚴重制約著煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，影響著保水采煤等環(huán)境工程。因此，煤礦底板突水的預(yù)測和防范一直是礦業(yè)工程中的攻關(guān)問題。

1.2 平朔井工一礦受水害威脅情況與研究意義

平朔井工一礦位于產(chǎn)煤大省山西寧武煤田中北部，其水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜。該礦主要可開采煤層為4、9、11號煤層，其頂板充水含水層是富水性較好的中厚砂巖裂隙承壓含水層組，對煤層安全生產(chǎn)造成很大的威脅;底板下伏奧陶系灰?guī)r水，隨著開采深度的不斷增加，水壓也越來越大，對生產(chǎn)的威脅越來越大。底板突水問題是開采下組煤層的重大隱患，因此，煤層頂、底板涌(突)水問題是影響煤礦生產(chǎn)的兩大水文地質(zhì)問題，是該礦目前迫切需要解決的問題[5，6]。

煤層頂?shù)装逵?突)水條件評價是在對礦區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，包括井田構(gòu)造、地下水運移規(guī)律和礦井生產(chǎn)過程中暴露的地質(zhì)、水文地質(zhì)現(xiàn)象等進行詳細研究的基礎(chǔ)上，采用武強教授提出的頂板“三圖法”和底板“脆弱指數(shù)法”水害評價方法對煤層受頂?shù)装搴畬油{情況進行綜合分析評價。頂板分析主要開采煤層頂板含水層富水性，并對煤層頂板涌(突)水危險性進行分區(qū);底板采用多元地學(xué)信息疊加方法，確定突水危險區(qū)，對下組煤煤層底板的突水脆弱性進行研究和評價預(yù)測，最終針對性地制定出切實可行的防治水措施，對平朔井工一礦煤炭安全生產(chǎn)和長遠銜接具有極其重要的理論指導(dǎo)意義和實用價值，對于解放煤田儲量，保證礦井的安全生產(chǎn)和提高礦井經(jīng)濟效益具有重要意義。

2 煤層頂?shù)装逅牡刭|(zhì)條件評價原理

2.1 煤層頂板水文地質(zhì)條件評價原理——“三圖法”

“三圖法”是指一種解決煤層頂板充水水源、通道和強度3大問題的頂板水害評價方法。三圖是指煤層頂板充水含水層富水性分區(qū)圖、頂板冒裂安全性分區(qū)圖和頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)圖[7]。

對煤層頂板含水層富水性的評價主要依據(jù)多元地學(xué)信息復(fù)合疊加的概念，在建立與含水層富水性相關(guān)的各地學(xué)因素專題庫與圖的基礎(chǔ)上結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)強大的空間分析功能與相關(guān)數(shù)學(xué)方法耦合的富水性指數(shù)區(qū)域分布進行充水含水層富水性的分區(qū)。該分區(qū)利用多個水文地質(zhì)物理場的不同特征，相互對比驗證，互相彌補不足，對充水含水層的富水性進行了系統(tǒng)綜合分析。煤層頂板充水含水層富水性分區(qū)圖旨在解決煤層頂板水害水源問題。

頂板冒裂安全性分區(qū)圖提出了煤層頂板充水的充分必要條件是煤層回采形成的頂板導(dǎo)水裂隙帶溝通了上覆直接充水含水層，并且含水層在回采工作面冒裂范圍對應(yīng)的部位富水性較強，研究了采動前、后危險區(qū)、安全區(qū)的分布狀況，由此區(qū)劃頂板冒裂安全性信息。頂板冒裂安全性分區(qū)圖旨在解決煤層頂板水害通道問題[8～12]。

在解決了頂板水害的水源與突水通道問題之后，將水源富水性信息與突水通道信息疊加耦合，找出既富水又能導(dǎo)通礦井工作空間的區(qū)域，依據(jù)不同的耦合信息確定不同的突水危險性等級分區(qū)，即煤層頂板涌(突)水條件綜合分區(qū)圖，該圖中不同的危險性等級亦代表了突水強度信息，解決了突水強度問題。

2.2 煤層底板水文地質(zhì)條件評價原理——“脆弱性指數(shù)法”

“脆弱性指數(shù)法”是一種將可確定充水含水層富水性多種主控因素權(quán)重系數(shù)的信息融合方法與具有強大空間信息分析處理功能的GIS耦合在一體的預(yù)測評價方法。它不僅可以考慮影響充水含水層富水性的眾多主控因素，而且可以刻畫多因素之間相互復(fù)雜的作用關(guān)系以及對富水性貢獻的相對“權(quán)重”比例，并可實施富水性的多級分區(qū)。依據(jù)信息融合的不同數(shù)學(xué)方法，充水含水層富水性評價新方法可劃分為非線性和線性兩大類。非線性評價方法有基于GIS的ANN型脆弱性指數(shù)法、基于GIS的證據(jù)權(quán)重法型脆弱性指數(shù)法、基于GIS的貝葉斯法型脆弱性指數(shù)法等;線性評價方法有基于GIS的AHP型脆弱性指數(shù)法等。該方法是在實踐中逐步完善起來的，是現(xiàn)代信息技術(shù)與地學(xué)的結(jié)晶，它使復(fù)雜的底板水害問題，以更直觀、更準確的表達形式指導(dǎo)于礦井實際生產(chǎn)中[13～15]。

3 煤層頂板水文地質(zhì)條件評價

3.1 綜合反映充水含水層富水性的多元地學(xué)信息

含水層富水性是由多種因素共同決定的，在分析了井工一礦的地質(zhì)、采礦條件后，確定了含水層厚度、煤層頂板覆巖結(jié)構(gòu)、單位涌水量、滲透系數(shù)、沖洗液消耗量、巖心取芯率、構(gòu)造(斷層、陷落柱、褶皺)等與含水層富水性相關(guān)的多元地學(xué)信息[16]。

3.2 基于GIS煤層頂板含水層富水性分區(qū)

3.2.1 多元地學(xué)信息對富水性影響權(quán)重的確定

利用層次分析法(AHP)將多元地學(xué)信息分成3個層次，即煤層頂板充水含水層富水性是這一問題的最終目的，這作為模型的目標層(A層次);巖性場、水力特性、構(gòu)造因素決定了富水性，但其影響方式還需通過與其相關(guān)的具體因素來體現(xiàn)，這是解決問題的中間環(huán)節(jié)，亦即模型的準則層(B層次)，各個具體的主控因素指標構(gòu)成了本模型的決策層(C層次)，通過對該層次問題的決策，即可最終達到所要求解的目標[17，18]。運用層次分析法將定性與定量有機結(jié)合，最終確定出各個地學(xué)因素對煤層頂板含水層富水性的影響，表1為4號煤頂板間接充水含水層富水性各主控因素的權(quán)重值。

表1 影響頂板富水性各主控因素的權(quán)重Table 1 The roof watery weights of main control factors

3.2.2 煤層頂板含水層富水性分區(qū)

首先，利用搜集的各個地質(zhì)因素的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)繪制矢量化的GIS單因素等值線專題圖;其次，利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)復(fù)合疊加功能將各種地學(xué)信息(單因素專題圖)依據(jù)其對富水性不同的影響權(quán)重進行復(fù)合疊加，最終得出含水層富水性專題圖。圖1為井工一礦4號煤頂板間接充水含水層(下石盒子組砂巖裂隙含水層)富水性分區(qū)專題圖。

圖1 4號煤頂板間接充水含水層富水性分區(qū)圖Fig.1 Watery zoning map of 4#indirect roof aquifer

3.3 冒裂安全性評價與分區(qū)[19]

前已述及，采用“三圖法”評價煤層頂板突水安全性，不僅要研究充水水源的富水性，而且在研究開采冒落裂隙帶的發(fā)育高度是否觸及充水含水層的底板標高及所觸及部位的富水情況的基礎(chǔ)上，建立煤層頂板突水條件綜合分區(qū)。通過數(shù)值模擬計算，精確得出煤層頂板開采導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育高度，計算煤層頂板距離含水層底界的覆巖厚度與導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度之差，若差值為正則說明導(dǎo)水通道未貫通含水層或水源，為冒裂安全區(qū);反之，則說明導(dǎo)水通道連通了含水層或水源，為冒裂非安全區(qū)。在以鉆孔為單位對覆巖厚度與導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度之差進行計算的基礎(chǔ)上，對其進行整個研究區(qū)的差值運算，使得開采冒裂安全性分區(qū)精確化得以實現(xiàn)。4號煤頂板間接含水層冒裂安全性分區(qū)如圖2所示，研究區(qū)大部已經(jīng)導(dǎo)通間接含水層，只有在K2鉆孔周圍區(qū)域(圖中淺色區(qū)域)導(dǎo)水裂隙帶沒有發(fā)育到間接含水層底界。

圖2 4號煤間接充水含水層冒裂安全性分區(qū)圖Fig.2 Cracking safety subarea map of 4#coal indirect aquifer

3.4 煤層頂板含水層涌(突)水條件綜合分區(qū)

“三圖法”中的富水性分區(qū)圖和冒裂安全性分區(qū)圖得到之后，將其空間信息數(shù)據(jù)進行分析梳理，將涌(突)水水源信息與通道信息相結(jié)合，將間接含水層的富水性圖與冒裂安全性分區(qū)圖(見圖1、圖2)復(fù)合疊加后可得出4號煤間接充水含水層涌(突)水條件綜合分區(qū)(見圖3)。

圖3 4號煤間接充水含水層涌(突)水條件綜合分區(qū)圖Fig.3 Hydrogeology conditions zoning map of 4#coal indirect aquifer

4 煤層底板水文地質(zhì)條件評價

依據(jù)平朔井工一礦的生產(chǎn)經(jīng)驗，采用基于GIS的AHP型脆弱性指數(shù)法對該礦煤層底板突水危險性進行評價。首先，利用GIS強大的空間信息處理能力，對各地質(zhì)要素圖形信息進行量化;其次，運用層次分析法(AHP)對地質(zhì)因素進行定量化處理，計算出各因素對富水性的影響權(quán)重;最后，應(yīng)用GIS的空間復(fù)合疊加功能并結(jié)合AHP的計算結(jié)果進行富水性評價，并以直觀的圖件形式給出評價分區(qū)結(jié)果[20，21]。該方法不僅充分利用了大量繁雜的空間信息，運用定性與定量相結(jié)合的思維來研究地學(xué)問題，深入剖析問題的本質(zhì)，而且其評價結(jié)果較單一的文字評價更為直觀、準確。

4.1 煤層底板涌(突)水條件主控因素確定

合理恰當(dāng)?shù)剡x取影響底板突水的主控因素，對層次分析法模型建立和評價結(jié)果的準確性起關(guān)鍵性的作用。因此，底板突水主控因素的選擇和數(shù)據(jù)采集就十分重要。通過對平朔井工一礦的現(xiàn)有水文和地質(zhì)及生產(chǎn)經(jīng)驗資料的研究和對突水因素的分析，在主控因素的選擇和數(shù)據(jù)采集過程中，主要考慮了以下幾個方面:

1)煤層底板的充水含水層:該礦下組煤的開采，對其威脅最大的就是奧陶系灰?guī)r含水層。影響奧陶系灰?guī)r含水層的因素包括它的富水性、巖溶發(fā)育程度以及含水層對上部隔水層的水頭壓力。

2)從地質(zhì)構(gòu)造考慮:井田內(nèi)褶皺、斷層、陷落柱的存在對隔水層造成嚴重的破壞和影響，所以它們的分布及其發(fā)育情況、規(guī)模大小等對底板突水起控制作用。

3)從隔水層的隔水強度考慮:煤層底板與主要研究的含水層之間的隔水層厚度及其巖性組合和分布位置，對底板突水起關(guān)鍵性的作用。

根據(jù)以上考慮的情況，選取奧陶系灰?guī)r含水層的水壓、富水性要素、煤層底板有效隔水層的等效厚度、奧灰頂部古風(fēng)化殼厚度、斷層線分布、斷層交點和端點的分布、陷落柱影響帶分布以及褶皺影響帶分布共8個因素作為煤層底板突水脆弱性預(yù)測的主控因素。

4.2 各主控因素權(quán)值的確定

同頂板含水層評價，底板突水脆弱性評價是這一問題的最終目的，這作為模型的目標層(A層次);地質(zhì)構(gòu)造、承壓含水層、底板隔水層決定了突水的可能性，但其影響方式還需通過與其相關(guān)的具體因素來體現(xiàn)，這是解決問題的中間環(huán)節(jié)，亦即模型的準則層(B層次)，各個具體的主控因素指標構(gòu)成了本模型的決策層(C層次)，通過對該層次問題的決策，即可最終達到所要求解的目標。利用AHP法確定影響底板突水脆弱性因素的權(quán)重，如表2所示。

表2 影響底板突水各主控因素的權(quán)重Table 2 The floor watery weights of main control factors

4.3 煤層底板突水脆弱性評價分區(qū)

4.3.1 評價分區(qū)數(shù)學(xué)模型

建立煤層底板突水脆弱性模型，實際上就是建立一個表明各影響因素作用的數(shù)學(xué)模型，這個模型所得出的計算值能反映出某一地理位置煤層底板突水的危險程度。初始模型的建立必須以地質(zhì)條件分析、突水因素分析以及各因素對突水的貢獻機理為基礎(chǔ)。單個突水主控因素專題圖只包含一個因素的信息，因此它不能滿足通過一個數(shù)字模型進行多因素綜合處理的要求。

須先構(gòu)造一個初始模型，使之能基本反映各因素的作用，然后通過反復(fù)調(diào)參、多次擬合運算，使之逐步向目標逼近，最終建立能反映井工一礦煤層底板突水脆弱性情況的模型。

為此引入脆弱性指數(shù)VI(vulnerability index)的初始模型來對煤層底板突水脆弱性進行評價。脆弱性指數(shù)定義為某一地區(qū)的某一地段的某一柵格位置上的各種影響因素對其產(chǎn)生的疊加影響總和?？捎靡韵履Ｐ凸奖硎?

式(1)中，VI為脆弱性指數(shù);Wk為主控因素權(quán)重;fk(x，y)為單因素影響值函數(shù);x，y為地理坐標;n為影響因素的個數(shù)。

4.3.2 評價分區(qū)

對脆弱性指數(shù)進行統(tǒng)計分析做出底板突水脆弱性指數(shù)累計統(tǒng)計直方圖，確定出分區(qū)閾值0.25、0.36、0.48、0.65(見圖 4)。脆弱性指數(shù)越大，突水的可能性也就越大。

根據(jù)分區(qū)閾值將研究區(qū)域劃分為5個區(qū)域，圖5為9號煤底板突水脆弱性評價分區(qū)圖。

圖4 脆弱性指數(shù)統(tǒng)計圖Fig.4 Vulnerability index statistical figure

圖5 9號煤底板突水脆弱性分區(qū)圖Fig.5 Water bursting vulnerability zoning map of 9#coal floor

5 防治水對策

采掘施工前必須做好水害的預(yù)測預(yù)報工作，堅持“預(yù)測預(yù)報，有疑必探，先探后掘，先治后采”的探放水原則，做好水害排查制度，加強日常管理工作，有針對性地開展水文地質(zhì)工作，以確保礦井的安全生產(chǎn)。

5.1 地表防治水措施

研究區(qū)主要發(fā)育的七里河因安太堡露天礦的建設(shè)已經(jīng)改道經(jīng)井坪，其匯水面積僅限于本礦區(qū)范圍內(nèi)。其四條支溝轉(zhuǎn)吉溝—馬蹄溝、羅家坪溝、井溝、大路門溝以及東部發(fā)育有狼塔溝是礦區(qū)內(nèi)能夠威脅礦井開采的主要地表水。由“三圖法”結(jié)果看，頂板冒裂帶已經(jīng)基本涉及全部區(qū)域，因此，礦井防治水最重要的一個環(huán)節(jié)就是防治地表水或大氣降水的滲透補給。礦區(qū)位于丘陵地貌區(qū)，為確保井下安全生產(chǎn)，避免由洪水季節(jié)形成的地表水順冒裂帶潰入礦井而引發(fā)水害事故，建議對較大溝谷轉(zhuǎn)吉溝—馬蹄溝、井溝和大路門溝在開采初期的冒裂不穩(wěn)定期采用在礦區(qū)北部、西部邊界截流，在后期穩(wěn)定階段可進行疏通改造，對較窄支溝加寬取直，鋪設(shè)墊層，使地表水有序排出礦區(qū)。必要時在地表河流或者溝壑低洼地帶修筑防滲工事，防止汛期地表水潰入井巷。

5.2 煤層頂板砂巖裂隙水防治措施

1)建議在煤層頂板的危險區(qū)、次危險區(qū)進行井下鉆孔探放水驗證，或者其他措施驗證，有水時進行放水。對于導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)通頂板含水層的區(qū)域，應(yīng)采取預(yù)先抽水疏干措施，并與礦井供水相結(jié)合，做到既解除礦井水患威脅又保證水資源綜合利用的雙重目的;對于導(dǎo)水裂隙帶未導(dǎo)通的含水層作出必要的封堵注漿措施。對于頂板探放水順序，建議在開采4號煤探放水時，對9號煤頂板、4號煤底板也進行探放水。建議主要運輸巷道和主要回風(fēng)巷布置在不受水害威脅的層位，或者提前探放水后進行治理，并以石門分區(qū)開采。

2)從研究區(qū)煤層頂板充水含水層涌(突)水條件綜合分區(qū)圖上可以看出，過渡區(qū)主要分布在危險區(qū)、次危險區(qū)和較安全區(qū)之間，該區(qū)域富水性一般，隔水層厚度中等，但該區(qū)域也有突水的可能，特別是構(gòu)造發(fā)育地段也存在突水可能。對于過渡區(qū)應(yīng)主要采取以下措施:a.對接近構(gòu)造區(qū)段或者局部富水區(qū)段采取抽放水、含水層改造和隔水層加固措施;b.對區(qū)內(nèi)導(dǎo)水?dāng)鄬蛹皵鄬訋?yīng)預(yù)留防水煤柱。

3)分區(qū)圖中的較安全區(qū)和相對安全區(qū)富水性相對較弱，在開采時一般不會發(fā)生突水。但是，開采時也應(yīng)該采取一些預(yù)防、監(jiān)測措施，以防突水發(fā)生。

5.3 煤層底板奧陶系巖溶裂隙水防治措施

1)地面、井下放水降壓孔。在匯水區(qū)、高水壓地段布置大口徑地面超前疏排鉆孔，對煤層底板奧陶系含水層提前疏水降壓，減少突發(fā)性涌水事故的發(fā)生。井下放水孔可在主輔運巷道中實施，地面排水孔建議在白家新窯向斜核部的南、北兩端和普3孔向斜、普23孔背斜南端，這樣在考慮疏排水鉆孔布設(shè)時，不過多地占壓煤炭資源。

地面觀測孔和井下放水鉆孔竣工后，可進行一次井下奧陶系含水層放水，井下、地面聯(lián)合觀測的放水試驗，以對奧陶系含水層巖溶裂隙水流場、水量變化、動態(tài)以及對周邊環(huán)境影響有一個全面的深度了解，對進一步的工作起到積極作用。

2)底板加固與含水層改造。煤層底板加固與含水層改造技術(shù)是指通過注漿加固底板和填充含水層裂隙，一方面提高底板強度，一方面截斷或阻滯地下水徑流通道，確保安全生產(chǎn)，該技術(shù)是解決底板，尤其是奧陶系突水威脅的有效途徑之一。目前，已成功地應(yīng)用于肥城、焦作、鄭州、邢臺、峰峰、永城等大水礦區(qū)，并且取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

近年來，永城煤電集團城郊煤礦通過20多個回采工作面煤層底板、含水層注漿改造技術(shù)實踐，探索出一套行之有效的保障技術(shù)與方法。對于平朔井工一礦來講，可以在探明的薄弱地帶、研究的脆弱區(qū)域進行底板注漿加固或者周邊含水層改造。底板加固和含水層改造，最好取得井下疏放水試驗成果資料，如果奧陶系防水降壓有效，則可減少底板加固的面積和厚度，降低防治水費用。

3)帷幕截流。帷幕注漿截流技術(shù)考慮以下兩個方面:a.根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件結(jié)合物探成果，查清導(dǎo)水裂隙帶、通道和采空區(qū)的空間位置，構(gòu)造微裂隙中以靜水或達西滲流狀態(tài)下的條件，有的放矢設(shè)計注漿鉆孔，準確控制注漿鉆孔深度和個數(shù);b.可考慮采用三液漿為主，單液、雙液漿為附的注漿技術(shù)，達到在保證幕墻墻體強度的基礎(chǔ)上盡可能的節(jié)約材料，降低費用。

帷幕注漿截流成本相對較高，在帷幕注漿截流技術(shù)實施前，要在地面或井下放水孔實施后，并具有一定數(shù)量的奧陶系觀測孔網(wǎng)的觀測資料，經(jīng)過分析得到確定無誤的補給方向后實施。

4)奧灰水防治的重點應(yīng)放在構(gòu)造的探測上。工作面回采前要進行無線電波透視工作，查明3 m以上的斷層和直徑大于10 m的陷落柱，同時對查明的地質(zhì)構(gòu)造要用鉆探或物探方法進行含水性評價，確認無突水危險后方可進行生產(chǎn)，盡量避免采掘工程直接揭露導(dǎo)水構(gòu)造而引發(fā)惡性突水事故的發(fā)生。

5)對于含水構(gòu)造(大型斷層、陷落柱)或無法確定是否導(dǎo)水的構(gòu)造，要留設(shè)防隔水煤柱。

5.4 斷層、陷落柱積水防治措施

斷層、陷落柱水主要來自于溝通奧陶系和上部砂巖含水層水，在已有的空間富集，對開采造成威脅，對于斷層、陷落柱水的治理原則一是探明，二是在源頭上截流。

1)巖溶陷落柱要首先進行超前探測，根據(jù)水量大小，選擇適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，水量不大的可以疏?中等者采取填骨料、注漿;水量大者，采取在上游截流技術(shù)封堵。

2)井田中勘探時期已知斷層以及在采掘過程中新發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)水?dāng)鄬犹帒?yīng)預(yù)留防水煤(巖)柱，嚴重的可采取兩盤預(yù)注漿或者局部疏水降壓等措施處理。

5.5 采空區(qū)積水防治措施

采空區(qū)突水具有來勢猛、損害性大的特點，建議采取以下措施:

1)做好采區(qū)內(nèi)及其周邊小煤窯采空區(qū)與鉆孔封孔情況的調(diào)查、勘測確認工作，對于周邊老窯、生產(chǎn)井等的開采邊界、采空區(qū)逐一查明。開采9號煤時防范4號煤老空水的工作，避免采空區(qū)老空水害和封孔不佳的鉆孔導(dǎo)通涌(突)水水源的情況發(fā)生。

2)采掘工程需穿越廢棄的空巷和采空區(qū)時，均要先進行探放水后方可穿越空巷和采空區(qū)。

3)有關(guān)部門要對已形成的采空區(qū)以及廢棄的巷道進行嚴格排查，將可能形成的積水區(qū)域標于充水性圖上，同時還應(yīng)標注積水量及積水水位標高，在實際施工中根據(jù)不同的積水情況采取相應(yīng)的措施進行治理。下分層巷道掘進時，應(yīng)安排打鉆探放水，采取邊探邊掘的措施，以保證巷道施工的順利進行。

6 結(jié)語

1)通過對平朔井工一礦井田地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件的研究，對導(dǎo)致煤層頂板突水的主要控制因素進行了綜合分析，確定了含水層厚度、脆塑性巖厚度比、滲透系數(shù)、單位涌水量、鉆孔取芯率、沖洗液消耗量、斷層、陷落柱、褶皺等因素是影響頂板突水的主要控制因素。這些因素相互作用，共同影響煤層頂板突水的發(fā)展過程。

2)利用“三圖法”評價了平朔井工一礦煤層頂板水文地質(zhì)條件，分別區(qū)劃了煤層頂板充水含水層涌(突)水條件相對安全區(qū)、較安全區(qū)、過渡區(qū)、較危險區(qū)和危險區(qū)。

3)利用“脆弱性指數(shù)法”評價了平朔井工一礦煤層底板突水脆弱性程度，分別區(qū)劃了煤層底板突水脆弱區(qū)、較脆弱區(qū)、過渡區(qū)、較安全區(qū)和相對安全區(qū)。

4)針對水文地質(zhì)條件研究結(jié)果，提出了針對性的防治水措施。即加強探測、監(jiān)測工作，保證疏排系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，針對不同危險性水體采用疏降、封堵、底板加固、留設(shè)煤柱、帷幕截流等技術(shù)措施，確保礦井安全生產(chǎn)。

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