構(gòu)造復(fù)雜區(qū)頂板砂巖水出水機(jī)理分析研究

梁克松 鄧新剛 宗曙光

摘要：本文結(jié)合滕縣南部煤田水文地質(zhì)條件，介紹了山西組3煤頂板砂巖含水層賦水特點(diǎn)，并根據(jù)柴里煤礦建礦以來(lái)3煤頂板砂巖含水層出水情況，進(jìn)一步分析總結(jié)了該區(qū)3煤頂板砂巖含水層出水機(jī)理，闡述了該含水層水對(duì)工作面安全開采的影響及主要防范措施。

Abstract： Based on the hydrogeological conditions of the coalfield in the southern part of Tengxian， this paper introduces the water-bearing characteristics of the aquifer in the 3rd coal seam roof sandstone of Shanxi Formation， and further analyzes and summarizes the water output of the 3 coal roof sandstone aquifer since the construction of the Chaili coal mine. The mechanism of water outflow from coal roof sandstone aquifer is described， and the influence of the aquifer water on the safe mining of working face and the main preventive measures are expounded.

關(guān)鍵詞：3煤頂板砂巖;含水層;出水機(jī)理

Key words： 3rd coal seam roof sandstone; aquifer; water output mechanism

中圖分類號(hào)：TD745? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）18-0217-03

0? 引言

柴里煤礦3上701工作面井下位于七采區(qū)北部，東部、北部、西部分別為高廟斷層、程樓斷層、徐莊斷層，三面被斷層圍繞，南為3702工作面采空區(qū)，3煤已開采完畢。整體呈一背斜構(gòu)造形態(tài)，軸向201°，西翼傾向SW、傾角3～9°，東翼傾向SE、傾角2～7°，局部起伏明顯。受三條大斷層影響，工作面掘進(jìn)過(guò)程中揭露及周邊發(fā)育共16條斷層（工作面頂?shù)装迩闆r見表1），工作面煤層與高廟斷層對(duì)盤3煤頂板砂巖含水層對(duì)接，對(duì)工作面安全產(chǎn)生一定影響。

1? 工作面水文地質(zhì)情況

1.1 水文地質(zhì)概況及含水層情況

工作面開采期間的直接充水水源為3煤頂板砂巖水，經(jīng)南部3702工作面的開采，3煤頂板砂巖水得到一定疏放，3煤頂板砂巖含水層賦水性相對(duì)減弱，由于頂板砂巖含水層富水不均一性，預(yù)計(jì)工作面開采期間在斷裂構(gòu)造附近和局部低洼區(qū)域，將會(huì)出現(xiàn)滴淋滲水或老塘涌水現(xiàn)象，對(duì)工作面開采期間的安全產(chǎn)生一定的影響。各含水層具體情況分析如下：

①第四系。厚56.65～70.76m，分上下兩組，簡(jiǎn)稱Q上、Q下，由于它與粘性土相間沉積，對(duì)礦井充水較弱，采動(dòng)后受疏降，底部礫石層易疏干，3煤頂板距第四系底界面124.64～157.0m，平均141.08m，對(duì)工作面開采無(wú)影響。

②3煤頂板砂巖。厚80.9～86.8m，平均82.3m。有數(shù)層灰白色中、粗、細(xì)、粉砂巖組成。泥、鈣質(zhì)膠結(jié)。該層砂巖含孔隙、裂隙水，富水性不均一，構(gòu)造與裂隙發(fā)育地段中、粗粒砂巖含水性較豐富。工作面開采期間直接充水水源為3煤頂板砂巖含水層，經(jīng)周邊工作面開采疏放，富水性相對(duì)減弱，單位涌水量為0.059 L/s·m，預(yù)計(jì)對(duì)本面開采期間的安全存在一定的影響。

③第三層灰?guī)r。厚6.0～7.1m，平均6.5m，單位涌水量為0.082 L/s·m，含水不均，區(qū)域差別較大，經(jīng)礦井開采受到充分疏放，現(xiàn)已基本疏干，上距3煤底板38.6～59.2m，平均46.23m，對(duì)本面開采無(wú)影響。

④老空積水情況分析。經(jīng)分析工作面過(guò)371探巷和372切眼通道兩個(gè)老巷，需做好對(duì)老巷積水的排放工作，超前將老巷內(nèi)積水排凈，對(duì)本面開采無(wú)影響。

⑤斷層導(dǎo)水。該工作面北部為程樓斷層（∠70°，H=90～130m），斷層呈臺(tái)階狀，礦井五條開拓巷道揭露情況顯示，該斷層不導(dǎo)水;西為徐莊支斷層（∠75°，H=35m），位于停采線之外，對(duì)回采無(wú)影響;東部為高廟支斷層（∠75°，H=22m），本區(qū)煤層與對(duì)盤頂板砂巖含水層對(duì)接，受采動(dòng)影響可能導(dǎo)通對(duì)盤頂板砂巖含水層。

⑥鉆孔情況分析。工作面開采期間預(yù)計(jì)將揭露i-40鉆孔，鉆孔終孔為三灰下頁(yè)巖，孔深275m，孔口～177.4m為泥漿封閉，177.4m～終孔為水泥砂漿封閉，3煤頂板上水泥砂漿封閉18m，為封閉良好鉆孔。

⑦其它水源分析。本工作面防滅火和煤體注水可能造成工作面局部出現(xiàn)滴淋滲水現(xiàn)象，水量較小，對(duì)回采的影響不明顯。

綜上所述，本工作面開采期間不受第四系、三灰含水層以及老空積水的影響，主要受本面上部及高廟斷層上盤3煤頂板砂巖含水層水的影響。

1.2 冒落裂隙帶發(fā)育情況分析

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，工作面采后冒落帶最大高度為23.86m，導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育高度為84.7m，本工作面3煤頂板砂巖平均厚度82.3m，工作面開采能夠波及范圍已超過(guò)3煤頂板砂巖，侏羅系沉缺。因此，本面開采期間僅受上部及高廟斷層上盤3煤頂板砂巖含水層水的影響。

2? 礦區(qū)3煤頂板砂巖含水層出水分析

礦井50余年的開采經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，區(qū)內(nèi)3煤頂板砂巖含水層富水性較弱，僅局部靠近斷層或埋藏較深區(qū)域富水，且為含水層滯水，補(bǔ)給差易疏干。根據(jù)礦井1995年以來(lái)工作面出水情況的統(tǒng)計(jì)，共有出水工作面21個(gè)，其中12個(gè)為3煤頂板砂巖出水（見表2：柴里煤礦1995～2014年8月井下3煤頂板砂巖突水點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表），并且出水點(diǎn)均靠近落差較大的斷層，分析為斷層對(duì)盤含水層進(jìn)行的橫向補(bǔ)給。

該面所在采區(qū)3702、3704、3705工作面開采期間均出現(xiàn)3煤頂板砂巖出水，且出水工作面均靠近高廟斷層分布，說(shuō)明高廟斷層兩盤橫向補(bǔ)給條件較好，因此3上701工作面3煤頂板砂巖出水可能性較大。

3? 工作面防治水措施制定及落實(shí)

3.1 工作面瞬變電磁探測(cè)分析

工作面開采前委托中國(guó)礦業(yè)大學(xué)對(duì)該面進(jìn)行了瞬變電磁探測(cè)，探測(cè)結(jié)論顯示， 3上701工作面及頂板，劃出了3處Ⅰ 級(jí)富水性異常（C1-1 YC4、C1-1 YC7、C1-2 YC8），6處Ⅱ級(jí)富水性異常;對(duì)于程樓斷層，劃出了2處Ⅰ 級(jí)富水性異常（C2-1 YC4、C2-2 YC1），5處Ⅱ級(jí)富水性異常;對(duì)于高廟支斷層，劃出了Ⅰ 級(jí)（C6 YC2）、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)富水性異常各1處。（見圖1? 富水性異常區(qū)平面分布圖），同樣證明工作面3煤頂板砂巖含水層及高廟支斷層處存在富水性異常區(qū)，與此前分析結(jié)論吻合。

結(jié)合探測(cè)結(jié)論，采取解析法和比擬法兩種方法對(duì)工作面涌水量進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比，比擬法計(jì)算得出的數(shù)據(jù)較符合礦井水文地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，預(yù)計(jì)工作面開采期間的正常涌水量18m3/h，最大涌水量70m3/h。

3.2 工作面防排水方案

工作面采用兩巷安設(shè)排水系統(tǒng)，軌道巷施工泄水孔，以及后部老塘通過(guò)3702切眼通道與3702采空區(qū)聯(lián)通泄水的防治水方案，能夠保證工作面的安全回采。

4? 結(jié)論

根據(jù)井田水文地質(zhì)條件，結(jié)合礦井以往3煤頂板砂巖含水層出水特點(diǎn)，綜合分析了礦區(qū)3煤頂板砂巖含水層出水機(jī)理，并采用瞬變電磁探測(cè)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)一步補(bǔ)充，并制定落實(shí)了針對(duì)性防治水方案措施。開采證實(shí)，在工作面推采95m時(shí)，工作面頂板出現(xiàn)淋水，伴隨老塘少量涌水，隨后老塘水通過(guò)3702工作面采空區(qū)泄入3704臨時(shí)排水點(diǎn)，水量峰值12m3/h，后持續(xù)穩(wěn)定在10m3/h。與分析結(jié)論及預(yù)測(cè)的涌水量結(jié)果一致，有效的指導(dǎo)了3上701工作面的安全生產(chǎn)。證明了該結(jié)論適用于本礦區(qū)類似水文地質(zhì)條件下工作面3煤頂板砂巖含水層防治工作。

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