北翼大巷過(guò)F（高長(zhǎng)營(yíng)孜）斷層防治水方案研究

周海坤

摘 要：袁店二井煤礦F高長(zhǎng)營(yíng)孜正斷層落差達(dá)500m，切割地層范圍廣，導(dǎo)致北翼大巷按原設(shè)計(jì)標(biāo)高穿過(guò)該斷層時(shí)將穿太原組灰?guī)r。因此，研究北翼大巷過(guò)F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層防治水方案，具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：斷層；太灰水；防治水方案

1 概況

袁店二井煤礦位于安徽省濉溪縣和渦陽(yáng)縣交界處曹市鎮(zhèn)境內(nèi)，東西長(zhǎng)約10.9～13.3km，南北寬1.3～5.3km，面積約41.59km2。北翼三條大巷位于礦井井底車(chē)場(chǎng)北部，按設(shè)計(jì)巷道向前掘進(jìn)將過(guò)F高長(zhǎng)營(yíng)孜正斷層，見(jiàn)圖1。F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層走向北東-北，傾向北西-西，傾角55～65°，落差500m。北翼大巷直接穿過(guò)該斷層時(shí)將穿太原組灰?guī)r，極易發(fā)生突水事故。所以，必須先確定安全防隔水煤巖柱，然后探明斷層的導(dǎo)水性、富水性以及水壓力大小等參數(shù)，從而采取相應(yīng)的防治水措施，保證三條大巷安全通過(guò)斷層。

2 水文地質(zhì)條件分析

該區(qū)域水文地質(zhì)情況復(fù)雜，主要充水水源有煤系頂?shù)装迳皫r裂隙水、斷層水，并受太原組灰?guī)r水的威脅，分別如下：

2.1 煤系頂?shù)装迳皫r裂隙水

該區(qū)域煤系頂?shù)装搴畬痈凰圆痪?，主要受?gòu)造裂隙發(fā)育程度的控制，局部地段由于構(gòu)造裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)，但其補(bǔ)給不足。

2.2 斷層水

根據(jù)已施工巷道揭露斷層情況分析，斷層處大都比較破碎，且伴有出水現(xiàn)象。

2.3 太原組灰?guī)r巖溶裂隙水

太原組灰?guī)r含水層為承壓含水層，主要以層間徑流補(bǔ)給為主。太原組厚度132.40m，含石灰?guī)r12層，總厚75m。由水文地質(zhì)綜合資料，1～4層灰?guī)r累計(jì)厚度21.34m，通常視其為一個(gè)統(tǒng)一的含水層，q=0.230～0.683l/s.m，K=0.04756～1.814m/d，其富水性為中等。

3 安全防隔水煤巖柱確定

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》要求，在巷道開(kāi)挖至F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層附近時(shí)（見(jiàn)圖2），應(yīng)該計(jì)算安全防隔水煤巖柱的寬度，下面分別求算煤巖層順層煤巖柱寬度L和底板抗水壓煤巖柱寬度Ha。

3.1 突水系數(shù)法計(jì)算

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，底板抗水壓煤巖柱寬度Ha可按下列公式計(jì)算：

根據(jù)本礦04-07、07-9和09-觀(guān)3孔對(duì)太原組一～四灰抽水試驗(yàn)資料：太灰靜止水位標(biāo)高16.41～19.23m，埋深約600m，所以取太灰水頭壓力p為6.2MPa。臨界突水系數(shù)Ts取淮北地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值0.1 MPa/m。受F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層影響，該區(qū)域裂隙發(fā)育，保護(hù)層厚度取20m。根據(jù)公式（1），求得底板抗水壓煤巖柱寬度Ha為82m。

3.2 煤巖層順層防水煤巖柱寬度求算

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，斷層的煤巖層順層防隔水煤巖柱的留設(shè)可參照下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

根據(jù)本礦具體地質(zhì)條件，各參數(shù)取值分別為：安全系數(shù)K取4.0，巷道高度M為4.6m，太灰水壓p取6.2MPa。根據(jù)巷道頂?shù)装鍘r石力學(xué)性質(zhì)測(cè)試，采用加權(quán)平均法，取巷道巖石的抗拉強(qiáng)度Kp為0.23Mpa。根據(jù)公式（2），求得在斷層附近開(kāi)挖巷道順層煤巖柱寬度L不應(yīng)小于82.8m。

由于斷層面與巷道掘進(jìn)方向存在一定的夾角，為確保安全，按公式（1）計(jì)算結(jié)果Ha反算安全防隔水煤巖柱寬度L。根據(jù)鉆孔資料，F(xiàn)高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層在北翼回風(fēng)、北翼膠帶、北翼軌道大巷的傾角α分別為37°、34°和33°，求得-535m標(biāo)高的北翼回風(fēng)大巷安全防隔水煤巖柱寬度為137m，在-560m標(biāo)高的北翼軌道和北翼膠帶大巷安全防隔水煤巖柱寬度分別為150.7m和146.7m，當(dāng)巷道掘進(jìn)至此位置須停頭探查。

4 探查方案及結(jié)果分析

分析圖紙資料可知，北翼三條大巷中北翼軌道大巷底板距離灰?guī)r最為接近，屬于突水危險(xiǎn)系數(shù)最高的巷道，為了減少工作量，初步確定北翼軌道大巷作為探查代表工程。堅(jiān)持物探超前的原則，首先在北翼軌道大巷施工瞬變電磁法進(jìn)行探測(cè)，然后設(shè)計(jì)鉆孔進(jìn)行探放水和壓水試驗(yàn)，探查F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層的導(dǎo)水性、富水性以及水壓力大小等參數(shù)。物探結(jié)果表明掘進(jìn)前方及頂?shù)装宓貙痈凰暂^弱，僅局部存在低阻異常區(qū)域。為加強(qiáng)對(duì)F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層的控制，在北翼軌道大巷施工四個(gè)鉆孔，其中兩個(gè)孔由于塌孔嚴(yán)重而報(bào)廢，實(shí)際有效鉆孔只有2個(gè)。根據(jù)探查結(jié)果，鉆孔出水量均在0.3m3/h左右，水壓1Mpa，水溫28℃，且兩孔在壓水試驗(yàn)過(guò)程中透水率均不大，分別為0.027Lu和0.188Lu，表明在巷道順層方向上，斷層破碎帶的裂隙較為發(fā)育，該處可劃分為微透水，初步推測(cè)巷道前方F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層富水性與導(dǎo)水性較弱，太灰水富水性較弱。

根據(jù)北翼軌道探查情況，掘進(jìn)前方地層較為破碎塌孔嚴(yán)重，鉆探工程難以繼續(xù)，同時(shí)考慮到北翼回風(fēng)大巷離太原組灰?guī)r相對(duì)較遠(yuǎn)，掘進(jìn)施工相對(duì)安全，采取以該巷為超前掘進(jìn)巷，按照物探超前、邊探邊掘方式施工，不斷探查F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層的導(dǎo)水性、富水性以及水壓力大小等參數(shù)。為此，在北翼回風(fēng)大巷累計(jì)瞬變電法探測(cè)3次，設(shè)計(jì)施工探查鉆孔12個(gè)，其中僅有兩個(gè)孔出水稍大，最大出水量約6m3/h并逐漸減少，其它各孔出水量均小于0.5m3/h，測(cè)定太灰水壓最大為4.7MPa，水溫30℃。探查結(jié)果進(jìn)一步證明，掘進(jìn)區(qū)段F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層富水性與導(dǎo)水性較弱，太灰水具有高水壓、貧富水的特點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采取物探、鉆探、水文地質(zhì)化驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn)等方法，查明了掘進(jìn)前方F高長(zhǎng)營(yíng)孜斷層導(dǎo)水、富水性較弱，太灰含水層具有高水壓、貧富水的特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)施的有效鉆孔所揭示的斷面和灰?guī)r的空間位置關(guān)系，計(jì)算得出按原設(shè)計(jì)施工北翼軌道和北翼膠帶大巷前方距灰?guī)r法距少于防突水設(shè)計(jì)的安全距離，為確保安全通過(guò)該斷層，建議調(diào)整施工方案，北翼軌道大巷采取拐彎施工至北翼回風(fēng)大巷北側(cè)后按原方位掘進(jìn)，而北翼膠帶大巷爬至與北翼回風(fēng)大巷同標(biāo)高施工，避開(kāi)可能突水的位置。

參考文獻(xiàn)

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