龍馭礦8102工作面防治水工作評(píng)價(jià)與措施研究

李賽玉

(大同煤礦集團(tuán)臨汾宏大豁口煤業(yè)公司，山西 臨汾 041000)

1 前言

為了詳細(xì)查明8102工作面地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，在前期開(kāi)展了一系列的物探、鉆探工程，針對(duì)存在的構(gòu)造及水患等問(wèn)題制定并實(shí)施了明確具體的防治措施，確保工作面在開(kāi)采前徹底解除水患影響，有效保障安全生產(chǎn)?，F(xiàn)對(duì)該工作面的防治水安全開(kāi)采條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出防治水技術(shù)措施。

2 工作面概況

8102工作面西鄰+1040回風(fēng)巷，工作面基本呈南西高北東低，工作面基本不受四鄰巷道采掘影響，工作面開(kāi)采標(biāo)高1 003～1 088m，地面標(biāo)高1 275.5～1 352.7m。

工作面兩條巷道呈近東西方向布置，切眼呈近南北方向布置，2102運(yùn)輸巷道長(zhǎng)854m，5102回風(fēng)巷道長(zhǎng)548m，切眼長(zhǎng)161.6m。煤層傾角19°～25°。煤層穩(wěn)定，煤層厚度為4.5～8.3m，平均煤厚5.81m。煤層頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

3 工作面充水條件

為了詳細(xì)查明工作面地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，對(duì)8102工作面進(jìn)行了無(wú)線電波透視勘探(以下簡(jiǎn)稱“坑透”)、地震槽波勘探、音頻電透視探測(cè)三項(xiàng)探測(cè)工作[1]，基本查明了本工作面內(nèi)部及周邊的構(gòu)造發(fā)育情況、含水層富水性等條件。8102工作面回采范圍內(nèi)施工了28個(gè)頂?shù)装迨璺潘?，其中施工探測(cè)2#煤層頂板K3砂巖含水層鉆孔9個(gè)、K4砂巖含水層鉆孔5個(gè)、2#煤層底板砂巖含水層鉆孔14個(gè)，鉆孔均無(wú)水。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

3.1 煤層頂板采動(dòng)冒落裂隙帶

H冒=4M

(1)

(2)

8102工作面2#煤層厚度為4.5～8.3m，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式[2]計(jì)算出，冒落帶高度最大為28m，導(dǎo)水裂隙帶最大高度為104m。

3.2 工作面充水水源

1)第四系松散層水

第四系主要含水層為下部的砂礫卵石層，厚度1～12m，礫卵石成分復(fù)雜，以砂巖為主，次為變質(zhì)巖及灰?guī)r。第四系含水層地下水位標(biāo)高1 245.85～1 283.95m，單位涌水量0.0097～0.27L/s·m，滲透系數(shù)0.022 6～2.330 0m/d，富水性弱到中等。通過(guò)分析，工作面開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙帶不會(huì)直接導(dǎo)通該含水層，該含水層對(duì)本工作面回采影響較小。

2)上下石盒子組砂巖裂隙水

上下石盒子組巖性以紫色、灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，主要含水層為下石盒子組底部K4砂巖裂隙含水層，K4厚度為0.65～8.66m，平均3.25m，K4底至2#煤層頂距離為54.6～85.71m，平均69.12m。水位標(biāo)高1 182.78～1 348.38m，單位涌水量0.003 4～0.286 9L/s·m，滲透系數(shù)0.034 6～2.42m/d，富水性弱到中等，富水性不均一。

通過(guò)分析，工作面開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙帶不會(huì)直接導(dǎo)通上石盒子組砂巖裂隙含水層，對(duì)工作面影響較小。但局部區(qū)域?qū)严稁Э赡懿暗较率凶咏M底部K4砂巖裂隙含水層，目前在工作面2102運(yùn)輸巷道已施工疏放K4砂巖裂隙含水層鉆孔5個(gè)，均無(wú)水，由此分析K4砂巖對(duì)本工作面回采影響較小。

3)山西組砂巖裂隙水

山西組砂巖裂隙水含水層，主要為山西組底部的K3砂巖，為灰白色、灰色中細(xì)粒砂巖，K3厚度為1.7～6.4m，平均3.32m，K3底至2#煤層頂距離為1.84～9.02m，平均5.26m，水位標(biāo)高1 098.26～1 242.34m，單位涌水量0.017 2～0.156 0L/s·m，滲透系數(shù)0.008 4～2.05m/d，富水性中等。

通過(guò)分析，8102工作面開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙帶將波及到K3砂巖裂隙含水層，在2102運(yùn)輸巷道和5102回風(fēng)巷道共計(jì)施工疏放K3砂巖裂隙含水層鉆孔9個(gè)，鉆孔均無(wú)水，但K3砂巖是本工作面開(kāi)采后的主要影響水源，通過(guò)加大工作面排水系統(tǒng)的配備，保證工作面涌水及時(shí)排出，達(dá)到安全開(kāi)采的目的。

4)太原組組砂巖裂隙水

太原組砂巖裂隙含水組，含水層水位標(biāo)高1 068.46～1 216.72m，單位涌水量0.011 7～0.190 0L/s·m，滲透系數(shù)0.057 5～0.623 4m/d，富水性中等，主要含水層為2#煤底- 5號(hào)煤頂之含礫中- 粗砂巖及太原組底部K2砂巖，K2距離2#煤層100m。

通過(guò)分析，8102工作面開(kāi)采后導(dǎo)水裂隙帶將波及到太原組砂巖裂隙含水層頂部，即2#煤上覆的砂巖含水層，在工作面2102運(yùn)輸巷道和5102回風(fēng)巷道施工底板疏放水孔14個(gè)，鉆孔均無(wú)水，該含水層對(duì)本工作面回采影響較小。

通過(guò)分析，8102工作面開(kāi)采后底板破壞深度不會(huì)波及到K2砂巖裂隙含水層，該含水層對(duì)本工作面回采影響較小。

5)奧陶系巖溶水

本區(qū)域奧灰水位標(biāo)高+1 060～+1 061.5m，單位涌水量0.164 5～1.061 4L/s·m，滲透系數(shù)0.293 0～4.700 0m/d，富水性由中等到強(qiáng)，富水性不均一。8102工作面地帶下伏奧灰含水層富水性中等，8102工作面底板最低標(biāo)高為1 002.5m，最小隔水層厚度約120m，根據(jù)突水系數(shù)計(jì)算公式T=p/M,該巷奧灰水最大突水系數(shù)為0.019MP/m，小于受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)0.06MPa/m，因此正常情況下8102工作面回采受奧灰水危害不大。

且《奧灰突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)報(bào)告》中指出：全井田開(kāi)采2#煤奧灰突水系數(shù)為0～0.044MPa/m，均小于構(gòu)造塊段臨界系數(shù)0.06MPa/m，全井田除構(gòu)造破壞外為安全區(qū)，所以?shī)W灰突水可能性不大，底板奧灰水充水強(qiáng)度較小。

綜合分析，奧灰水對(duì)8102工作面回采影響較小。

3.3 工作面充水強(qiáng)度

根據(jù)對(duì)以上充水水源的分析，回采8102工作面對(duì)該工作面充水強(qiáng)度最大的是頂板砂巖裂隙含水層。8102工作面上覆K3砂巖含水不均一，富水性中等且有一定的補(bǔ)給。其巷道和切巷掘進(jìn)期間，基本上沒(méi)揭露明顯出水點(diǎn)，只是巷道局部出現(xiàn)淋水、滲水，且持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)。但相鄰的8103工作面回采期間平均涌水量穩(wěn)定在130m3/h，8102工作面與其水文地質(zhì)條件相近，預(yù)計(jì)8102工作面的正常涌水量為60m3/h，最大涌水量為108m3/h。

4 防治水技術(shù)措施

4.1 掘進(jìn)期間“有掘必探”

1)兩條巷道超前物探

2102運(yùn)輸巷道：掘進(jìn)期間累計(jì)施工超前物探11次，雖局部出現(xiàn)異常，但經(jīng)鉆探驗(yàn)證均未見(jiàn)水；

5102回風(fēng)巷道：掘進(jìn)期間累計(jì)施工超前物探8次，雖局部出現(xiàn)異常，但經(jīng)鉆探驗(yàn)證均未見(jiàn)水；

8102切眼：掘進(jìn)期間累計(jì)施工超前物探2次，雖局部出現(xiàn)異常，但經(jīng)鉆探驗(yàn)證均未見(jiàn)水；

2)兩巷道有掘必探工作

2102運(yùn)輸巷道：2102運(yùn)輸巷道掘進(jìn)期間嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探”制度，設(shè)計(jì)3個(gè)鉆孔(探頂、探底、順層)，頂板終孔位置距離2#煤頂板20m，底板孔終孔位置距離煤層底板15m。自巷道開(kāi)口至切巷位置，累計(jì)施工11次探水作業(yè)，各探放水孔均未見(jiàn)水。

5102回風(fēng)巷道：5102回風(fēng)巷道掘進(jìn)期間嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探”制度，設(shè)計(jì)5個(gè)鉆孔(探頂、探底、順層、左幫、右?guī)?，頂板終孔位置距離2#煤頂板20m，底板孔終孔位置距離煤層底板15m。自巷道開(kāi)口至切巷位置，累計(jì)施工8次探水作業(yè)，僅在巷道里程492m施工探放水孔作業(yè)時(shí)有一孔出水(出水量2m3/h，現(xiàn)已無(wú)水)，其余探放水孔均未見(jiàn)水。

8102切眼：切眼有掘必探作業(yè)，設(shè)計(jì)5個(gè)鉆孔(探頂、探底、順層、左幫、右?guī)?，頂板終孔位置距離2#煤頂板20m，底板孔終孔位置距離煤層底板15m。切眼累計(jì)施工2次探水作業(yè)，各探放水孔均未見(jiàn)水。

4.2 回采前物探

8102工作面圈定后，委托相關(guān)單位對(duì)本工作面進(jìn)行了無(wú)線電波透視勘探(以下簡(jiǎn)稱“坑透”)、地震槽波勘探、音頻電透視探測(cè)三項(xiàng)探測(cè)工作。

1)坑透探測(cè)

坑透探測(cè)對(duì)8102工作面內(nèi)煤層中的構(gòu)造的分布情況進(jìn)行探測(cè)，共探測(cè)出2處異常區(qū)。

1號(hào)異常位于8102工作面5102回風(fēng)巷道測(cè)點(diǎn)16～18(距離切眼160～180m)，工作面5102回風(fēng)巷道往工作面內(nèi)57～97m，該異常區(qū)衰減程度相對(duì)弱。結(jié)合地質(zhì)資料分析，推斷該異常區(qū)為煤層變薄引起的異常。

2號(hào)異常位于8102工作面2102運(yùn)輸巷道測(cè)點(diǎn)1～2(距離切眼10～20m)，工作面2102運(yùn)輸巷道往工作面內(nèi)0～35m，相對(duì)周圍區(qū)域?yàn)樗p較強(qiáng)。結(jié)合地質(zhì)資料分析，推斷該異常區(qū)煤層變薄引起的異常[3]。

2)地震槽波勘探

8102工作面地震槽波勘探共發(fā)現(xiàn)3處地質(zhì)異常區(qū)。經(jīng)分析均為煤層破碎引起。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)斷距大于1/2煤厚的斷層和陷落柱等其他地質(zhì)構(gòu)造，其中：

(1)YC1異常：該異常區(qū)位于5102回風(fēng)巷道3號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)以西24m至3號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)以東27m，在工作面內(nèi)橫向延伸約56m，縱向位置從距離5102回風(fēng)巷道59～109m，形態(tài)為不規(guī)則形狀。結(jié)合地質(zhì)資料分析，推斷YC1異常區(qū)為煤層破碎引起影響所致，較可靠。由于該異常位于測(cè)區(qū)邊界位置，也有可能由于邊界效應(yīng)引起。

(2)YC2異常：該異常區(qū)位于2102皮帶順槽8號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)以西17m至8號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)以東57m位置，在工作面內(nèi)橫向延伸約76m，縱向位置從2102皮帶順槽向5102回風(fēng)順槽延伸約為21m，形態(tài)為一長(zhǎng)條狀。結(jié)合地質(zhì)資料分析，推斷YC2異常區(qū)為煤層破碎引起影響所致，較可靠。

(3)YC3異常：該異常區(qū)位于切眼處，在工作面內(nèi)橫向延伸約76m，縱向位置從5102回風(fēng)巷道約38～114m，形態(tài)為不規(guī)則形狀。結(jié)合地質(zhì)資料分析，推斷YC3異常區(qū)為煤層破碎引起影響所致，較可靠。由于該異常位于測(cè)區(qū)邊界位置，也有可能由于邊界效應(yīng)引起[4]。

3)音頻電透視探測(cè)

對(duì)8102工作面進(jìn)行音頻電透視探測(cè)，共探測(cè)出3個(gè)異常區(qū)。結(jié)論是：工作面頂板上80m范圍內(nèi)，地層的巖性綜合相對(duì)均一，工作面頂板局部富水。相對(duì)富水區(qū)段大致分3個(gè)異常段(一處大異常區(qū)段和兩處局部異常區(qū)段)。

(1)一處大異常區(qū)段：

2#異常區(qū)：位于5102回風(fēng)巷道6號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)向切眼方向15m至7號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)往巷口方向9m的區(qū)域與2102運(yùn)輸巷道9號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)往切眼方向22～44m區(qū)域之間，在工作面內(nèi)貫穿。在128Hz發(fā)射接收成果圖中，該處區(qū)域均為高電導(dǎo)率異常區(qū)域，分析認(rèn)為該處區(qū)域可能為砂巖裂隙水影響，頂板巖層裂隙較為發(fā)育。

(2)兩處局部異常區(qū)段：

1#異常區(qū)：位于5102回風(fēng)巷道3號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)往切眼方向50m至8號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)往巷口方向30m區(qū)域與2102運(yùn)輸巷道8號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)至9號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)往巷口方向15m區(qū)域之間。在16Hz發(fā)射接收成果圖中，該處區(qū)域均為高電導(dǎo)率異常區(qū)域，但異常區(qū)分布較為零散，在局部區(qū)域異常區(qū)存在尖滅等現(xiàn)象，分析認(rèn)為該處區(qū)域可能為砂巖裂隙水影響，頂板巖層裂隙較為發(fā)育。

3#異常區(qū)：位于5102回風(fēng)巷道3號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)往巷口方向25m至5號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)往切眼方向17m區(qū)域與2102運(yùn)輸巷道9號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)往巷口方向25m至8號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)55m區(qū)域之間。在128Hz發(fā)射接收成果圖中，該處區(qū)域均為高電導(dǎo)率異常區(qū)域，但高電導(dǎo)率區(qū)域的面積不同，在不同高度，異常區(qū)面積發(fā)生變化，分析認(rèn)為該處區(qū)域可能為砂巖裂隙水影響，頂板巖層裂隙較為發(fā)育。

針對(duì)所提供的工作面物探異常區(qū)，編制了專項(xiàng)探放水設(shè)計(jì)，共施工了3個(gè)異常區(qū)驗(yàn)證孔，均無(wú)水。

4.3 回采前鉆探疏水

8102工作面圈出后，在運(yùn)輸巷道共計(jì)設(shè)計(jì)施工探放水鉆孔28個(gè)。其中K3砂巖裂隙含水層探測(cè)孔9個(gè)，K4砂巖裂隙含水層探測(cè)孔5個(gè)，2#煤層底板孔14個(gè)，均無(wú)水。

4.4 排水系統(tǒng)

1)8102工作面排水路線

排水路線為：8102工作面→2102巷→2102皮帶順槽檢修聯(lián)絡(luò)巷→11采區(qū)輔運(yùn)巷→副斜井水溝→井底主水倉(cāng)。

2)排水系統(tǒng)具體情況

8102工作面設(shè)備列車上配備兩臺(tái)水泵，分別為D85-45×9離心泵和BQS80-100-45潛水泵，兩臺(tái)水泵均接6寸管路，將水排至副斜井水溝或排至2102皮帶順槽350m、660m水倉(cāng)。

2102運(yùn)輸巷道350m和660m處有兩個(gè)水倉(cāng)(均為40m3)，兩水倉(cāng)各配備2臺(tái)BQS 80-100-45潛水泵，水倉(cāng)中一臺(tái)連接4寸排水管路，另一臺(tái)連接連接6寸排水管路，直接排至副斜井水溝。

針對(duì)此排水系統(tǒng)直接排水能力，機(jī)電部已委托資質(zhì)單位進(jìn)行了排水試驗(yàn)。350m水倉(cāng)最大排水能力為122m3/h，660m水倉(cāng)最大排水能力為128m3/h。兩個(gè)水倉(cāng)的排水能力均大于預(yù)測(cè)最大涌水量108m3/h。

3)排水能力設(shè)計(jì)

8102工作面設(shè)備列車上配備兩臺(tái)水泵，分別為D85-45×9離心泵和BQS80-100-45潛水泵，并在2102皮帶順槽350m和660m兩個(gè)水倉(cāng)分別配備2臺(tái)BQS 80-100-45潛水泵，共6臺(tái)，作為8102工作面主要排水泵。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)8102工作面地質(zhì)特征的分析，基本查清了8102工作面水患情況，充水水源以上覆山西組、下石盒子組砂巖裂隙含水層為主；采用物探和鉆探技術(shù)手段，通過(guò)施工探放水孔，水壓和水量均急劇減小，達(dá)到了疏水降壓的目的，將水患威脅降低至了可承受范圍內(nèi)。