礫巖含水層下安全開(kāi)采研究

殷木群

（黑龍江龍煤鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司振興煤礦，黑龍江 鶴崗 154100）

1 水文地質(zhì)概況

南部區(qū)3#煤層頂板距上覆石頭廟子礫巖層60m左右，該礫巖層厚度300m左右。構(gòu)造情況：該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)內(nèi)有F29、 F30、 F46及f1～f6（實(shí)見(jiàn)）次生斷層。3#層距上部石頭廟子礫巖層60m左右。煤層賦存：本區(qū)3#煤層厚度6～8m，煤層平均傾角18°，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在煤層的頂部為半暗煤、半亮煤互層、夾煤頁(yè)巖，中部有0.1m炭質(zhì)頁(yè)巖。該礦水文地質(zhì)類型為復(fù)雜型。主要水患為3#層上部石頭廟子含水礫巖層。

2 水患及治理情況

2.1 補(bǔ)堪工作

2014年中國(guó)煤炭地質(zhì)總局華盛水文地質(zhì)勘查工程公司對(duì)該礦進(jìn)行了水文地質(zhì)補(bǔ)堪工作，編制了《振興煤礦水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探報(bào)告》，對(duì)整個(gè)振興區(qū)域的水文地質(zhì)情況進(jìn)行了全面分析，結(jié)論如下：

（1）第四系砂礫石孔隙含水層厚度薄而不穩(wěn)定，多為透水不含水層，僅局部低洼地帶賦存，富水性弱。主要接受大氣降水和地表水補(bǔ)給。

（2）白堊系下統(tǒng)石頭廟子組礫巖裂隙含水層厚度自西向東由薄漸厚，裂隙發(fā)育極不均勻，正常地段一般富水性弱，斷層帶及其附近，特別是斷層交匯、切割的密集帶，裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)。

（3）白堊紀(jì)石頭河子組含煤組砂巖裂隙含水層裂隙一般不發(fā)育，富水性弱，在個(gè)別斷層帶及其附近，斷層交匯、切割的密集帶，裂隙較發(fā)育，富水性可達(dá)中等，主要接受露頭大氣降水入滲及其他含水層側(cè)向徑流補(bǔ)給。

通過(guò)水文地質(zhì)調(diào)查、收集資料和綜合分析研究，查明了區(qū)內(nèi)主要含水層的分布、厚度、埋藏條件，主要含水層的富水性、水化學(xué)特征及其補(bǔ)徑排條件，為該礦防治水工作提供了科學(xué)的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)。

2.2 瞬變電磁儀探測(cè)工作

利用瞬變電磁儀在地面和井下對(duì)3#層上部巖層的賦水情況進(jìn)行了全方位的探測(cè)工作，收集了大量的物探數(shù)據(jù)，對(duì)石頭廟子礫巖層進(jìn)行了全面的分析評(píng)價(jià)，為安全生產(chǎn)提供了可靠依據(jù)。

（1）地面瞬變電磁儀探測(cè)

聘請(qǐng)龍煤大地勘探公司為該礦3#層進(jìn)行了地面瞬變探測(cè)，共做出了3#層上200m異常平面圖、3#層上160m異常平面圖、3#層上120m異常平面圖、3#層上100m異常平面圖、3#層上75m異常平面圖、3#層上50m異常平面圖、3#層附近異常平面圖7份，全方位評(píng)價(jià)了石頭廟子礫巖層的賦水情況。

圖1 3#層上75m礫巖含水層富水性異常區(qū)推斷平面圖

如圖1所示，3#層南二段有一處低阻異常區(qū)域，3#層北二段有兩處低阻異常區(qū)域，充分證明了石頭廟子礫巖層含水的不均衡性，石頭廟子礫巖層只有在局部區(qū)域含水，大部分區(qū)域含水較弱，為安全開(kāi)采3#層提供了有力的依據(jù)。

（2）工作面瞬變電測(cè)儀探測(cè)

在3#層南二段和北二段累計(jì)做了27次瞬變電測(cè)儀賦水性探測(cè)工作，解析了大量的探測(cè)數(shù)據(jù)。圖2是具有代表性的3#層北二段工作面全方位瞬變電磁儀賦水性探測(cè)平面圖和解析圖。

圖2 3#層北二段工作面全方位瞬變電磁儀賦水性探測(cè)圖

如圖2所示，解析圖中局部電阻率較低，低阻區(qū)主要在工作面上方35～60m間，機(jī)道上方40～60m左右。工作面上部石頭廟子礫巖層電阻率較高，賦水性較差，煤層頂板上部35～60m范圍內(nèi)局部存在低阻現(xiàn)象，該范圍是石頭河子礫巖層，石頭河子礫巖層含水性遠(yuǎn)弱于石頭廟子礫巖層，其含水補(bǔ)給源為石頭廟子礫巖層。

地面瞬變電磁儀探測(cè)結(jié)論和井下工作面瞬變電磁儀探測(cè)結(jié)論得了到相互驗(yàn)證。

2.3 打鉆探放水工作

（1）為了保證安全開(kāi)采，在3#層北二段設(shè)計(jì)施工了一條高位探放水巷，2014年12月28日，開(kāi)始在高位探放水巷內(nèi)打鉆進(jìn)行探水驗(yàn)證，有3個(gè)孔分別達(dá)到了150m、140m和140m為有效孔，三個(gè)孔合計(jì)最大出水量30.4m3/h（2015年2月1日），目前三個(gè)孔合計(jì)出水量2.0m3/h。

（2）三水平南部區(qū)3#層放水鉆孔累計(jì)施工了61個(gè)，其中3#層南二段累計(jì)施工了16個(gè)鉆孔，分七個(gè)地點(diǎn)施工，總延米：1378.8m；3#層北二段累計(jì)施工了45個(gè)鉆孔，分10個(gè)地點(diǎn)施工，總延米：4530.9m。有個(gè)別鉆孔出水，出水量隨著時(shí)間的推移逐漸減小。

（3）為徹底探清該礦區(qū)域內(nèi)礫巖層的賦水情況，在切眼上方地面施工了2014-24鉆孔，打鉆時(shí)水位標(biāo)高+25.6m，水頭高度在對(duì)應(yīng)的3#煤層上方100m，證明該區(qū)域水位較低。

所有出水鉆孔涌水量都呈逐漸減小趨勢(shì)，通過(guò)鉆孔出水情況分析認(rèn)為，該區(qū)域礫巖層賦水的補(bǔ)給性較差。

3 綜合評(píng)價(jià)

（1）通過(guò)補(bǔ)堪工作收集了大量資料，查明了該礦區(qū)域內(nèi)主要含水層的分布、厚度、埋藏條件，主要含水層的富水性、水化學(xué)特征及其補(bǔ)徑排條件，為安全開(kāi)采3#層提供了基礎(chǔ)。

（2）通過(guò)大量地面和井下的物探工作，對(duì)石頭廟子礫巖層進(jìn)行了全方位的解析，利用科技手段評(píng)價(jià)了石頭廟子礫巖層的賦水情況。

（3）施工了大量的探放水鉆孔，所有出水鉆孔涌水量都呈逐漸減小趨勢(shì)，證明該區(qū)域石頭廟子含水礫巖層的補(bǔ)給性較差。補(bǔ)堪、物探和鉆探成果得到了相互驗(yàn)證。

通過(guò)補(bǔ)堪、物探、鉆探等大量的工作，充分證明了該區(qū)域石頭廟子礫巖層含水的不均衡性，綜合以上因素并結(jié)合地質(zhì)情況分析認(rèn)為，該區(qū)域上部石頭廟子礫巖層水位較低，賦水較弱，補(bǔ)給性較差。這些條件為安全開(kāi)采3#層提供了有力的依據(jù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）3#層北二段一分層工作面于2014年11月開(kāi)始回采，直至開(kāi)采結(jié)束，工作面無(wú)出水現(xiàn)象（掘進(jìn)和開(kāi)采時(shí)經(jīng)過(guò)區(qū)內(nèi)f1～f6斷層時(shí)也無(wú)出水現(xiàn)象），下隅角附近頂板偶有滴水情況，滴水量 0.2m3/h。

（2）3#層南二段一分層工作面于2016年6月開(kāi)始回采，2016年10月14日，當(dāng)工作面推進(jìn)115m時(shí)，89～96組架子出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，涌水量6m3/h左右。綜合分析該涌水為f3斷層受采動(dòng)影響導(dǎo)通上部石頭廟子礫巖層富水性異常區(qū)所致。在工作面淋水處取水樣化驗(yàn)，水質(zhì)為鈣、鈉、鎂碳酸型弱堿水，經(jīng)對(duì)比與石頭廟子礫巖裂隙水整體吻合，這次出水現(xiàn)象完全在預(yù)知控制范圍內(nèi)。該工作面現(xiàn)已開(kāi)采結(jié)束，水患得到了控制。

（3）在治理水患工作中，要嚴(yán)格執(zhí)行有疑必探、先探后掘、物探先行、鉆探驗(yàn)證的原則，充分利用現(xiàn)有科技手段進(jìn)行探放水工作，依據(jù)各種資料分析研究水患性質(zhì)，采用綜合治理的手段。

本次探放水工作解放了受礫巖水威脅的煤量190萬(wàn)t，安全開(kāi)采煤量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值數(shù)億元。該礦探放水綜合治理工作取得了應(yīng)用效果，在煤礦防治水工作中處于領(lǐng)先水平，具有較高的推廣價(jià)值。