納林河二號(hào)礦井首采工作面安全回采防治水工作評(píng)價(jià)

李海深 梁向陽(yáng) 方剛 黃浩

摘? ?要：東勝煤田內(nèi)的煤炭礦山在采掘過(guò)程中普遍受到頂板砂巖含水層的水害威脅。納林河二號(hào)礦井在建設(shè)、生產(chǎn)期間均不同程度地受到其上覆巨厚侏羅系延安組-直羅組砂巖含水層水的影響，經(jīng)前期探查，其礦井31101首采工作面3-1煤層頂板發(fā)育有侏羅系巨厚層古河床沉積砂巖含水層，因此對(duì)該工作面后期回采造成了嚴(yán)重困擾。結(jié)合完成的水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探、封閉不良鉆孔啟封等工作，礦井采用物探、鉆探技術(shù)開展工作面超前探疏放水工作，通過(guò)對(duì)礦井首采面安全回采防治水工作進(jìn)行評(píng)價(jià)，為礦井的安全生產(chǎn)工作保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：納林河二號(hào)礦井? 頂板水害? 礦井防治水技術(shù)? 安全評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TD741? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（a）-0043-04

納林河二號(hào)礦井位于東勝煤田納林河勘查區(qū)的西部，行政區(qū)劃隸屬于鄂爾多斯市烏審旗無(wú)定河鎮(zhèn)管轄。井田面積約180.67km2，礦井煤炭地質(zhì)資源量為1507.65Mt，可采儲(chǔ)量為796.38Mt，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8.0Mt/a，服務(wù)年限71.1a，采用立井式開拓，綜合機(jī)械化開采。

礦井主采3-1煤層，31101首采工作面上覆有第四系松散含水層、白堊系洛河組含水層、侏羅系直羅組含水層和延安組含水層，根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件分析，礦井的直接充水水源為煤層上覆的侏羅系直羅組和延安組砂巖孔隙裂隙含水層水[1-2]。

結(jié)合完成的井田首采區(qū)水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探、封閉不良鉆孔啟封等工作，礦井采用物探、鉆探相結(jié)合的手段，開展工作面超前探、疏放水工作，通過(guò)對(duì)3-1煤層頂板含水層水的有效疏放，可緩解后期工作面回采的頂板水害壓力，確保礦井首采工作面的安全生產(chǎn)[3]。

1? 礦井31101首采工作面概況

該工作面位于納林河二號(hào)礦井首采區(qū)中部，31101首采工作面北以回風(fēng)順槽、南以運(yùn)輸順槽、西以一號(hào)輔助運(yùn)輸巷、東以切眼為界，工作面走向長(zhǎng)3030m，采長(zhǎng)240m，總面積727200m2，工作面開采的侏羅系延安組上部3-1煤層平均煤厚約5.5m。礦井為整裝井田，在該工作面鄰近區(qū)域不存在采空區(qū)。工作面地表為新月形沙丘地貌，生長(zhǎng)零星楊樹[1-2]。

沿31101工作面走向，在勘探期間共施工了5個(gè)地面鉆孔，分別是NL32、MD20、NL43、MD27、NL50。鉆孔實(shí)際揭露資料表明，該工作面3-1煤層厚度呈總體南部厚，北部薄;煤層標(biāo)高在+566.29～+578.78m之間，南高北低，埋深540～570m，整體為單斜構(gòu)造，工作面煤層傾角1～2°，工作面回采時(shí)將以小角度俯采為主。頂板巖性主要為砂質(zhì)泥巖，少數(shù)為粉砂巖，底板巖性主要為砂質(zhì)泥巖。

2? 礦井開展防治水工作

2.1 首采區(qū)水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探

根據(jù)“井田首采區(qū)補(bǔ)勘報(bào)告”可知，首采工作面頂板導(dǎo)水裂縫帶范圍內(nèi)，共發(fā)育三層含水層：（1）3-1煤層頂板侏羅系延安組砂巖裂隙含水層，厚度12.58～28.96m，位于3-1煤層以上4.87～16.2m范圍內(nèi)，巖性為中粒砂巖、中粗粒砂巖;（2）2-1煤層頂板侏羅系延安組砂巖裂隙含水層，厚度8.61～20.08m，位于3-1煤層以上48.68～83.17m范圍內(nèi);（3）侏羅系直羅組下段砂巖含水層，厚度15.92～51.32m，位于3-1煤層以上77.39～109.4m范圍內(nèi)，巖性以灰白色中粗粒砂巖為主（見表1）。

根據(jù)“井田首采區(qū)補(bǔ)勘報(bào)告”（三維地震部分）中對(duì)3-1煤層頂板以上50m、75m、100m和125m地層切片，31101首采工作面范圍內(nèi)的新舊回撤通道、切眼附近存在富水異常區(qū)。其中，3-1煤層頂板以上50～100m范圍內(nèi)的富水異常主要位于NL32和MD20鉆孔附近，與MD20鉆孔資料中顯示的“侏羅系直羅組下段含水層距離3-1煤層較近、厚度較大”現(xiàn)象存在明顯的對(duì)應(yīng)性;而在切眼附近的3-1煤層頂板以上75m的富水異常，則與NL50鉆孔資料中顯示的“2-1煤層頂板侏羅系延安組含水層位置”相對(duì)應(yīng)。

井田首采水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探工程施工有4個(gè)地面水文長(zhǎng)期觀測(cè)孔，其中MDBS1、MDBS2和MDBS5觀測(cè)延安組含水層，1個(gè)孔（MDBS4）觀測(cè)洛河組含水層。除MDBS5距31101首采工作面較遠(yuǎn)（約3550m），其他3個(gè)孔均在距離首采工作面1110m范圍附近。

通過(guò)一定時(shí)期的水文長(zhǎng)觀資料可知，井田內(nèi)白堊系洛河組含水層與下部含水層水力聯(lián)系不明顯，說(shuō)明其之間的隔水層隔水性能較好，而侏羅系延安組含水層水位下降較快、側(cè)向補(bǔ)給和連通性較差，初步判斷對(duì)首采工作面采前開展的頂板水疏降工作有利[4]。

2.2 封閉不良鉆孔啟封

在井田首采區(qū)及其附近存在有27個(gè)以往勘探鉆孔，且鉆孔封孔資料不詳，認(rèn)為均為封閉不良鉆孔，礦井對(duì)所有鉆孔進(jìn)行啟封，重新注漿處理。

經(jīng)過(guò)近1年的鉆孔啟封、注漿、封閉工作，將以上不良鉆孔全部完成，程量14681.90m，采集封孔水泥樣品27件。施工的27個(gè)鉆孔中，原鉆孔未封閉鉆孔（井口至啟封深度）4個(gè)（NL42、MD23、NL14、NL15），占啟封鉆孔14.8%;原鉆孔未鉆至層位且殘留鉆具鉆孔1個(gè)（NL42′），占啟封鉆孔3.7%;原鉆孔存在殘留鉆具鉆孔2個(gè)（MD34、MD19），占啟封鉆孔7.4%;部分封閉鉆孔20個(gè)（MD20、NL43、MD27、NL51、NL50、MD28、MD26、NL62、NL64、NL52、NL63、NL65、NL45、MD25、NL46、NL53、NL54、MD24、NL13、NL44）占啟封鉆孔74.1%，原鉆孔全孔封閉鉆孔0個(gè)。通過(guò)啟封檢驗(yàn)各鉆孔封孔質(zhì)量均為不合格。

在31101首采工作面內(nèi)及其周邊共有5個(gè)以往煤炭勘探孔，其中MD20、NL43、MD27、NL50均屬于原鉆孔未封閉鉆孔，經(jīng)地面啟封后，已經(jīng)排除了這4個(gè)孔的安全隱患;NL32鉆孔周圍巷道已經(jīng)完成掘進(jìn)，且距離首采工作面停采線約296m，不會(huì)對(duì)工作面回采產(chǎn)生安全隱患。另外需要指出的是，地面MDBS1水位觀測(cè)孔處于工作面采后覆巖破壞影響范圍之內(nèi)，在工作面回采至該鉆孔附近時(shí)，應(yīng)采取封孔措施，防止該孔導(dǎo)通上部含水層，造成水害事故[5]。

2.3 工作面井下物探工程

納林河二號(hào)礦井首采工作面頂板綜合物探采用了礦井瞬變電磁法勘探及音頻電穿透視兩種勘探方法，兩種方法探測(cè)異常的范圍及強(qiáng)度反映了相應(yīng)巖層賦水性的分布位置及強(qiáng)弱。

通過(guò)對(duì)比兩種勘探方法資料，分析認(rèn)為工作面頂板上0～60m層段異常區(qū)相對(duì)較弱，推斷3-1煤層頂板侏羅系延安組砂巖含水層富水性相對(duì)較弱，異常區(qū)段附近局部相對(duì)富水;60～120m層段異常區(qū)相對(duì)集中，推斷2-1煤頂板侏羅系延安組砂巖含水層、侏羅系直羅組砂巖含水層相對(duì)富水，異常區(qū)段附近巖層富水性相對(duì)較強(qiáng);120～140m層段異常區(qū)相對(duì)集中，推斷直羅組砂巖含水層相對(duì)富水，異常區(qū)段附近巖層富水性相對(duì)較強(qiáng)[6-7]。

2.4 工作面井下鉆探工程

根據(jù)礦井31101首采工作面已施工完成了184個(gè)頂板探放水鉆孔資料可知，鉆孔揭露的侏羅系直羅組下段含水層底部距離3-1煤層頂板84～110m、水壓4.0～5.6MPa、涌水量85～136.55m3/h，且“水壓高、水量大”的特點(diǎn)在整個(gè)工作面頂板含水層（主要是直羅組下段含水層）分布比較均勻[8]。另外，根據(jù)T3鉆場(chǎng)和T16鉆場(chǎng)的鉆孔實(shí)際揭露的地層發(fā)育情況，直羅組下段含水層位置與“井田煤炭勘探報(bào)告”中勘探孔的實(shí)際揭露情況描述比較接近，說(shuō)明侏羅系直羅組下段含水層底板與3-1煤層頂板的最小距離<80m，工作面回采后導(dǎo)水裂隙帶必然會(huì)波及到該含水層。

31101首采工作面頂板含水層（特別是侏羅系直羅組下段含水層）存在“水壓高、水量大、分布廣泛”的特點(diǎn);局部地段侏羅系直羅組下段含水層距離3-1煤層在80m左右。

為了驗(yàn)證工作面頂板水疏降效果，礦方在切眼附近的回風(fēng)順槽和輔運(yùn)順槽分別施工了一個(gè)探查鉆孔（見表2）。

施工結(jié)果表明：T15-5鉆孔涌水量26.23m3/h;Y25-4鉆孔涌水量10.4m3/h，水壓2.1MPa;通過(guò)疏放水，到8月7日，T15-5鉆孔涌水量2.5m3/h;Y25-4鉆孔涌水量4.8m3/h。另外，近期Y26-4鉆孔水壓基本穩(wěn)定在2.2MPa。結(jié)合放水試驗(yàn)的水壓觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，工作面切眼附近已經(jīng)形成了較顯著的降落漏斗，局部位置達(dá)到了1.0MPa以下。

放水試驗(yàn)過(guò)程中首采工作面切眼附近鉆孔總涌水量基本穩(wěn)定時(shí)，根據(jù)T9-1、T12-3、T14-2、T16-5、T15-1、Y22-3、Y26-4等水壓觀測(cè)孔的穩(wěn)定水壓值，能夠初步確定該區(qū)域降落漏斗的形狀（以T16-5鉆孔為降落漏斗中心），該降落漏斗符合y=284.64x0.1748冪函數(shù)方程式。根據(jù)該冪函數(shù)方程式，以MDBS2地面水文孔水位為3-1煤層頂板3個(gè)含水層的初始最高水位（+1037m），計(jì)算得到降落漏斗的影響半徑為1630m。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，首采工作面頂板含水層已經(jīng)累計(jì)疏放水量約143萬(wàn)m3;工作面里段650m范圍內(nèi)已疏放水量為41萬(wàn)m3，其中動(dòng)儲(chǔ)量疏放量為11.1萬(wàn)m3，靜儲(chǔ)量疏放量為29.9萬(wàn)m3。根據(jù)計(jì)算，工作面里段650m范圍內(nèi)頂板水靜儲(chǔ)量為29.7萬(wàn)m3（見圖1），說(shuō)明該段范圍內(nèi)頂板水靜儲(chǔ)量已得到充分疏放[9-10]。

3? 首采工作面排水系統(tǒng)

3.1 工作面順槽排水管路

回風(fēng)順槽布置有2趟Φ273管路作為專用疏放水和排水，布置1趟Φ108排水管路作為收集巷道中的積水和排水使用，另布置1趟Φ108黃泥灌漿管路可以作為排水使用。膠運(yùn)順槽布置1趟Φ108排水管路作為收集巷道中的積水和排水用。輔運(yùn)順槽布置2趟Φ377管路作為專用疏放水和排水，布置1趟Φ108排水管路作為收集巷道中的積水和排水用，另布置1趟Φ108黃泥灌漿管路可作為排水使用。

在緊急情況下布置在回風(fēng)順槽、膠運(yùn)順槽、輔運(yùn)順槽中的消防灑水、壓風(fēng)管路均可改作排水管路使用。

3.2 工作面臨時(shí)排水系統(tǒng)建設(shè)情況

工作面排水系統(tǒng)，利用礦用隔爆水泵通過(guò)排水管路將各積水點(diǎn)的水排入兩條順槽的中轉(zhuǎn)水倉(cāng)，通過(guò)膠管將中轉(zhuǎn)水倉(cāng)水排入兩順槽排水專用的Φ273/Φ377mm管路中，再通過(guò)大巷永久管路排至一號(hào)永久水倉(cāng)。

回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)布置3個(gè)容積68m?和4個(gè)容積102m?的中轉(zhuǎn)水倉(cāng)，目前已經(jīng)全部施工完成。輔運(yùn)順槽設(shè)計(jì)布置4個(gè)容積182m?和4個(gè)容積144m?的中轉(zhuǎn)水倉(cāng)，目前已全部投入使用。

在工作面切眼附近設(shè)置31102臨時(shí)水倉(cāng)，水倉(cāng)容積715m?，已投入使用。工作面舊回撤通道水倉(cāng)，容積約1350m?，首采工作面臨時(shí)水倉(cāng)的總?cè)莘e為3981m?。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)已開展的首采區(qū)水文補(bǔ)勘、封閉不良鉆孔啟封、井下工作面物探工程和鉆探工程等防治水工作，納林河二號(hào)礦井31101首采工作面里段650m范圍內(nèi)疏放水效果明顯，頂板充水含水層靜儲(chǔ)量已經(jīng)得到充分疏放，目前疏放孔涌水量已經(jīng)衰減至5m3/h以下，31101首采工作面初期開采范圍內(nèi)中心水壓觀測(cè)孔孔口水壓疏降至1MPa左右，鉆孔穩(wěn)定總水量占本段預(yù)計(jì)動(dòng)態(tài)涌水量的80%左右，且鉆孔數(shù)量變化1/3（33個(gè)孔→44個(gè)孔），總涌水量與水壓力基本不變。目前工作面里段及其外圍已經(jīng)形成了基本穩(wěn)定的降落漏斗。從水文地質(zhì)條件及疏放水效果分析，31101首采工作面0～650m段疏放水工作已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的目的，在配備足夠排水能力的前提下，基本具備了安全回采的條件。

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