新鄭煤電公司水害防治技術(shù)分析與研究

費(fèi)賢瑞 趙 江 翟輝輝

（新鄭煤電有限責(zé)任公司，河南 新鄭 451184）

1 礦井概況

新鄭煤電公司是由鄭煤集團(tuán)、神火集團(tuán)、河南省煤田地質(zhì)局共同出資建設(shè)，年產(chǎn)300萬(wàn)噸的大型礦井。礦井位于新鄭市辛店鎮(zhèn)境內(nèi)，井田東西長(zhǎng) 13.5km，南北寬3～4km，面積48.9613km2，采用主、副立井和回風(fēng)立井單水平上下山開拓。

礦井主采山西組二1煤，兼采二3煤。二1煤層厚度0～21.75m，平均厚度5.5m，屬較穩(wěn)定煤層；二3煤層厚度0～6.98m,平均厚度1.37m，屬不穩(wěn)定煤層。礦井地質(zhì)條件中等，水文地質(zhì)類型屬?gòu)?fù)雜型，設(shè)計(jì)正常涌水量1910m3/h，最大涌水量2491.4m3/h，目前L7-8灰?guī)r水位標(biāo)高為-290m，L1-4灰?guī)r水位標(biāo)高為-68.1m，O2灰?guī)r水位標(biāo)高為-44.96m。

2 礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

礦區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造為一兩翼地層產(chǎn)狀平緩，傾角3～15°，軸向NWW～SEE的寬緩背斜構(gòu)造。井田內(nèi)落差較大的斷層18條，除溫泉、寧溝兩條小逆斷層外，其它均為正斷層。其中落差大于100米的5條，落差100～50米的5條，落差50～30米的7條，落差小于30米的1條。大隗斷層、賈梁斷層、歐陽(yáng)寺斷層構(gòu)成本區(qū)自然邊界。斷層走向除大隗斷層為近東西向外，其余均為北西～南東向，并以南升北降正斷層為主，全區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等。

礦井主要含水層有：寒武系（∈3）白云質(zhì)灰?guī)r巖溶承壓水含水層、奧陶系（O2）灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層、太原組下段（C3tL1-4）灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層、太原組上段（C3tL7-8）灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層、山西組（P1sh）二1煤層之上砂巖孔隙裂隙承壓水含水層、上、下石盒子組及上部砂巖孔隙裂隙承壓水含水層、第三、四系底部礫石含水層。O2灰?guī)r含水層與白云質(zhì)灰?guī)r巖溶承壓水含水層為一個(gè)統(tǒng)一含水系統(tǒng)，強(qiáng)富水但不均一，主要富水地帶為滹沱背斜軸部、露頭風(fēng)化帶及斷裂帶，平均厚度54.70米，距二1煤間距86米左右；L1-4灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)，平均厚度18.8米，距二1煤間距62米左右，為二1煤層底板間接充水巖層，對(duì)煤層的開采影響較大；L7-8灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，在局部區(qū)域與下部灰?guī)r含水層存在水力聯(lián)系，平均厚度10米，距二1煤間距平均10.96米，為二1煤層底板直接充水巖層；山西組二1煤層之上砂巖孔隙裂隙承壓水含水層為二1和二3煤層頂板直接充水含水層，但富水性較弱，對(duì)煤層開采影響不大；上、下石盒子組及上部砂巖孔隙裂隙承壓水含水層總厚度94.09米，雖厚度較大，但富水性弱，其間因有數(shù)層砂質(zhì)泥巖及泥巖隔水層而水力聯(lián)系不佳，且距二1煤間距65米左右，因此該含水層對(duì)煤層開采影響不大；第三系底部礫石含水層局部發(fā)育，富水性不均一，但在滹沱背斜軸部及二1煤層隱伏露頭附近，距二1煤間距小于工作面回采后的導(dǎo)水裂隙帶高度，且存在局部富水區(qū)，因此，在滹沱背斜軸部及二1煤層隱伏露頭附近該含水層對(duì)煤層開采產(chǎn)生影響；第四系底部礫石含水層該層含水層富水性不均、滲透性好，其富水性受氣候影響較大，大氣降水為其直接補(bǔ)給源，對(duì)煤層開采基本無(wú)影響。

3 采取的主要水害防治措施

3.1 主要水害類型

我公司井田內(nèi)無(wú)水庫(kù)，主要河流為雙洎河，該河為常年性河流，自西北向東南流經(jīng)本井田，在礦井西北部距二1煤約300m左右,在礦井東北部及東部距二1煤超過(guò)400m，工作面回采時(shí)不受雙洎河影響；井田范圍內(nèi)沒(méi)有小煤礦生產(chǎn)礦井，僅在區(qū)外南部有雙嶺崗煤礦開采過(guò)七4煤，1979年秋停產(chǎn)，其主要開采區(qū)域位于歐陽(yáng)寺斷層以南，距離公司采掘區(qū)域較遠(yuǎn)，且開采標(biāo)高在-25m以淺，距該區(qū)二1煤層300m左右，對(duì)二1煤層采掘沒(méi)有影響；礦井主采的二1煤距太原組上部含水層L7-8灰?guī)r平均間距10.96米，隔水層的隔水性不佳，特別是斷裂帶成為煤層底板突水通道，同時(shí)還可能成為下部L1-4灰?guī)r甚至O2巖溶水間接充水的通道；井田東部灰?guī)r隱伏露頭地帶，匯集豐富的混合型巖溶裂隙承壓水，礦井大降深疏排水時(shí)，將會(huì)形成回流，成為二1煤層重要充水水源；北部邊界大隗斷層和東北部的賈梁斷層，其下盤使三個(gè)巖溶含水層在垂直方向上發(fā)生水力聯(lián)系，并形成高水位的富水導(dǎo)水帶，另外區(qū)內(nèi)一系列北西向的斷層其落差多大于30米，常造成O2m和C3t灰?guī)r與可采煤層對(duì)接；井田區(qū)域內(nèi)發(fā)育的滹沱背斜走向長(zhǎng)3.6km，其軸部地帶，巖溶裂隙發(fā)育，各巖溶含水層之間存在密切的水力聯(lián)系，既有來(lái)自深部的縱向水流，又有沿背斜軸運(yùn)移的橫向水流，彈性儲(chǔ)量豐富；滹沱背斜及二1煤隱伏露頭附近第三系砂、礫石含水層距二1煤層間距10～120米，回采過(guò)程中受第三系砂、礫石含水層影響較大；首采區(qū)及14采區(qū)為兩層煤壓茬開采，先開采二3煤，二3煤開采后形成的老空水對(duì)下部二1煤開采影響較大，另外，工作面沿空送巷布置，同煤層已回采結(jié)束工作面內(nèi)老空水對(duì)相鄰工作面造成影響；二1煤層工作面均為下部灰?guī)r水帶壓開采，井田大部分區(qū)域受底板水威脅；井田內(nèi)有106個(gè)封閉不良或不詳鉆孔，對(duì)工作面回采影響很大。

因此，我公司在生產(chǎn)期間面臨的水害類型主要有底板灰?guī)r水害、老空水水害、封閉不良（詳）鉆孔水害、斷裂構(gòu)造水害及頂板第三系砂礫石層水害。

3.2 主要水害防治措施

（1）每月進(jìn)行“水害評(píng)價(jià)”，超前預(yù)測(cè)采掘工作面可能存在的水害隱患，制定針對(duì)的防治措施

每月底，由總工程師組織地測(cè)防治水科、開拓掘進(jìn)科、生產(chǎn)技術(shù)科、總工程師辦公室、通風(fēng)管理科、調(diào)度室及機(jī)電運(yùn)輸科等生產(chǎn)科室，對(duì)礦井下月各采掘工作面及周邊情況、構(gòu)造地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、老空區(qū)、物探異常區(qū)等進(jìn)行分析預(yù)測(cè)是否存在突水可能性，防排水系統(tǒng)是否可靠、防治水措施是否合理等各個(gè)環(huán)節(jié)逐一進(jìn)行排查評(píng)價(jià)，并上報(bào)集團(tuán)公司進(jìn)行審查，將受水害威脅的采掘工作面作為重點(diǎn)監(jiān)控，發(fā)布到生產(chǎn)信息網(wǎng)上，每天由相關(guān)業(yè)務(wù)科室進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。嚴(yán)格執(zhí)行“工作面不評(píng)價(jià)不生產(chǎn)、評(píng)價(jià)地點(diǎn)不通過(guò)不生產(chǎn)、評(píng)價(jià)措施落實(shí)不到位不生產(chǎn)”的“三不生產(chǎn)”原則。

（2）采取“疏水降壓、底板注漿加固”等措施，防止底板灰?guī)r水突水

對(duì)煤層開采影響較大的底板含水層主要有L7-8灰?guī)r含水層、L1-4灰?guī)r含水層及O2灰?guī)r含水層。L7-8灰?guī)r含水層距二1煤底平均間距10.96米，位于底板擾動(dòng)破壞帶內(nèi)，為二1煤層底板直接充水含水層，我們將水平大巷、采區(qū)上山布置在該層位中，并施工疏水鉆孔，超前對(duì)L7-8灰?guī)r水進(jìn)行疏放，自2007年至今，通過(guò)疏水，L7-8灰?guī)r含水層水位已從+84.7m降至-290m，累計(jì)降深374.7m，基本解除了-325水平以上L7-8灰水對(duì)采掘面的威脅；L1-4灰?guī)r及O2灰?guī)r含水層為二1煤底板間接充水含水層，水力聯(lián)系密切，富水性強(qiáng)，對(duì)煤層開采威脅較大，我們首先通過(guò)疏水降壓，盡可能降低水頭壓力，自2007年至今，L1-4灰?guī)r含水層水位已從+79.9m降至-68.1m，累計(jì)降深148m，O2灰?guī)r水位從+93.7m降至-44.96m，累計(jì)降深138.66m，大大降低了L1-4灰?guī)r及O2灰?guī)r水壓。同時(shí)，在二1煤層工作面形成后，進(jìn)行直流電法物探，查出垂向?qū)ǖ?，并根?jù)水壓值和臨界突水系數(shù)，反算出需要進(jìn)行底板注漿加固的深度，然后把此深度附近含水層作為注漿目的層，增加底板隔水層厚度，阻斷下部灰?guī)r水導(dǎo)水通道。

（3）采取“超前探放，短孔補(bǔ)探”的防治措施，防治老空水害

我公司井田范圍內(nèi)無(wú)小煤窯及廢棄井筒，存在的老空水害類型主要有兩種：一是，二1煤和二3煤壓茬布置，上部二3煤層工作面回采結(jié)束后形成的老空水對(duì)下部二1煤層工作面產(chǎn)生的水害威脅；二是，沿空送巷布置工作面時(shí)，同煤層回采結(jié)束形成的老空水對(duì)相鄰工作面產(chǎn)生的水害威脅。針對(duì)上部二3煤工作面老空水，提前在下部二1煤工作面鉆場(chǎng)內(nèi)施工鉆孔進(jìn)行探放；針對(duì)同煤層工作面老空水，在沿空送巷工作面掘進(jìn)至距預(yù)計(jì)老空積水位置30m時(shí)停掘，對(duì)老空水進(jìn)行超前探放，恢復(fù)掘進(jìn)后，為防止局部小范圍積水未放凈，用小鉆向老空區(qū)內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)探。

（4）對(duì)井田范圍內(nèi)每個(gè)鉆孔封閉情況進(jìn)行排查，針對(duì)不同原因的封閉不良鉆孔制定針對(duì)性的封閉方案

我公司井田范圍內(nèi)共有地質(zhì)及水文地質(zhì)鉆孔216個(gè)，由于勘探時(shí)間較長(zhǎng)，在不同時(shí)期施工的鉆孔，封孔要求不同，部分鉆孔按照現(xiàn)有情況可能不符合要求，因此我們按照以下兩個(gè)原則將所有鉆孔進(jìn)行全面排查：一是排查鉆孔煤頂板向上封閉距離是否大于其周邊最大煤層厚度回采后形成的最大導(dǎo)水裂隙帶高度，否則視為封閉不良鉆孔；二是該孔自煤層底板向下是否封閉至孔底，否則視為封閉不良鉆孔。通過(guò)排查共查出封閉不良（詳）鉆孔145個(gè)，針對(duì)第一類封閉不良鉆孔，我們從平地透孔，重點(diǎn)對(duì)富水性較強(qiáng)的第三、四系砂、礫石含水層進(jìn)行封閉；針對(duì)第二類封閉不良鉆孔，由于鉆孔較深，若從平地透孔，很難順原孔位置透至孔底，因此在井下巷道內(nèi)對(duì)鉆孔終孔位置周邊50m范圍內(nèi)下部灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿加固，終孔間距按20m布置鉆孔。

（5）通過(guò)直流電法超前物探斷層富水與導(dǎo)水性，采取超前預(yù)注漿措施防治掘進(jìn)工作面斷裂構(gòu)造突水

采區(qū)開發(fā)前，我們首先對(duì)采區(qū)進(jìn)行地面三維地震勘探，進(jìn)一步查明落差10米以上斷層位置，在掘進(jìn)過(guò)程中，在距斷層100米時(shí)，我們開始施工鉆孔對(duì)斷層進(jìn)行探查，并循環(huán)進(jìn)行直流電法超前探，超前距20米，并對(duì)物探異常區(qū)前方及下方進(jìn)行打鉆探查及注漿加固。

（6）通過(guò)頂板導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算、地面瞬變電磁物探，找出采煤工作面受頂板水威脅區(qū)域，進(jìn)行疏干開采

我公司頂板含水層主要有山西組砂巖含水層、上下石盒子組及上部砂巖含水層、第三系底部砂礫石含水層及第四系底部礫石含水層，根據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)及巷道實(shí)揭資料，山西組及上下石盒子組砂巖含水層富水性較弱，第三系底部砂礫石含水層局部富水，第四系底部礫石含水層富水性較強(qiáng)。通過(guò)導(dǎo)水裂隙帶高度等值線圖與二1煤層距第三系等值線圖進(jìn)行比對(duì)，在滹沱背斜軸部及11、12采區(qū)東翼二1煤隱伏露頭附近，工作面回采導(dǎo)水裂隙帶高度會(huì)影響到第三系底部砂礫石含水層，且該處存在局部瞬變電磁物探異常區(qū)。在工作面回采前，我們需超前打鉆將影響范圍內(nèi)頂板水疏干，確保工作面安全回采。

4 總結(jié)

雖然新鄭煤電公司屬于水文地質(zhì)類型復(fù)雜礦井，礦井水害類型種類多，但是通過(guò)采取上述一些列水害防治措施，有效地減小了礦井水害威脅，經(jīng)過(guò)底板注漿改造，二1煤層回采工作面回采期間正常涌水量10m3/h左右，為礦井完成300萬(wàn)噸產(chǎn)量打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。