復(fù)雜水文地質(zhì)條件下斷層活化出水防治水技術(shù)研究

范談斌

（冀中能源股份有限公司 邢臺(tái)礦，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概 況

邢臺(tái)礦51100 采區(qū)位于邢臺(tái)礦井田西部，井下位于西風(fēng)井西南部。采區(qū)整體呈一寬緩向斜構(gòu)造，東部以F15 斷層為界，南到F12 斷層，西到F26斷層，北到5 號(hào)煤層隱伏露頭，采區(qū)走向長1 500 m，傾向長1 360 m，煤層標(biāo)高－40—－200 m。由于F15、F12 斷層在該地區(qū)內(nèi)相互切割，使該地區(qū)形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的構(gòu)造單元。

51121 工作面位于51100 采區(qū)東南部，東鄰F15 斷層及SF12 斷層，南至F12 斷層防水煤柱線，西鄰51119 采空區(qū)，北至51100 運(yùn)輸上山為界。該工作面開采煤層為5 號(hào)煤，工作面走向長551.6~574.1 m，傾斜長90.8 ~ 121.4 m，煤層埋深標(biāo)高-170 —-200 m，煤層平均傾角3°，煤層平均煤厚1.96 m，工作面可采儲(chǔ)量15.733 4 萬t。

2 工作面水文地質(zhì)條件

根據(jù)51100 采區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)資料分析，該工作面水文地質(zhì)條件已查明，斷層構(gòu)造發(fā)育，根據(jù)巖性、含水介質(zhì)特征及地下水類型，該區(qū)域含水層自下而上可劃分為奧陶系灰?guī)r含水層、大青灰?guī)r含水層、野青灰?guī)r含水層、煤系砂巖含水層及第四系底部礫石含水層等（該地區(qū)伏青灰?guī)r含水層缺失）。其中奧陶系灰?guī)r、本溪灰?guī)r、大青灰?guī)r、5 號(hào)煤底板砂巖為5 號(hào)煤底板含水層，野青灰?guī)r、5 號(hào)煤頂板砂巖、第四系底部礫石層為5 號(hào)煤頂板含水層。

根據(jù)51100 采區(qū)的水文地質(zhì)資料及工作面附近9703 鉆孔、擴(kuò)23 鉆孔資料分析得知，工作面5 號(hào)煤上距底礫含水層81.03 ~ 88.4 m，上距2 號(hào)煤49.92 ~ 52.94 m，上距野青灰?guī)r含水層7.47～8.9 m，下距大青灰?guī)r含水層66.74～71.07 m，下距奧灰含水層130.06 m，詳情如圖1 所示。

圖1 51121（綜采） 工作面煤層與各含水層間距（參考9703、擴(kuò)23 鉆孔）Fig.1 Spacing between coal seams and aquifers at 51121(fully mechanized)working face(reference 9703,borehole expansion 23)

3 出水情況原因分析

51121 運(yùn)輸巷里段緊鄰F12 斷層防水煤柱線掘進(jìn)，斷層在區(qū)段較發(fā)育，運(yùn)輸巷在226 號(hào)點(diǎn)前20~35 m 處先后揭露f51121-8 斷層（H=1.1 m） 與f51121-9 斷層（H=5 m），在揭露斷層后20 d，斷層所在位置發(fā)生底鼓現(xiàn)象并往外涌水，底鼓高度0.6~1.6 m，兩幫壓力較大，水量峰值75 m3/h。水質(zhì)化驗(yàn)顯示與附近大青灰?guī)r水質(zhì)一致。

51121 運(yùn)輸巷出水點(diǎn)外側(cè)為F12 斷層，該斷層落差＞150 m，傾角70°，該斷層由沖601、8303鉆孔控制，斷層位置基本準(zhǔn)確。此次出水點(diǎn)距離F12 斷層間距89 m，距F12 斷層防水煤柱線17 m，分析F12 斷層不是此次出水的直接原因。

此次出水由51121 運(yùn)輸巷底鼓引起，底鼓段位于f51121-8（H=1.1 m） 與f51121-9（H=5 m） 2條斷層交匯處。初次揭露2 條斷層時(shí)均不導(dǎo)含水，但2 條斷層交匯處斷層易活化，含水層水易通過斷層裂隙向外涌水，且易發(fā)生底鼓、片幫現(xiàn)象。因此分析本次出水主要是受f51121-8、f51121-9 兩條斷層影響所致。51121 出水點(diǎn)位置及治理鉆孔布置情況如圖2 所示。

圖2 51121 出水點(diǎn)位置及治理鉆孔布置情況Fig.2 51121 Water outlet point position and treatment drilling arrangemen

4 出水點(diǎn)治理

4.1 加大排水能力

第一時(shí)間將51121 運(yùn)料巷（原運(yùn)輸巷） 排水能力由80 m3/h 提升為200 m3/h，確保出水點(diǎn)水量變大能及時(shí)外排。后續(xù)從邢東礦借來排水能力200 m3/h 的水泵2 臺(tái)，使最終排水能力提高至400 m3/h。原51121 運(yùn)料巷（原運(yùn)輸巷） 排水系統(tǒng)為接力排水，全部替換為直排系統(tǒng)，使出水點(diǎn)涌水直排51100 采區(qū)大巷。

4.2 壘排木垛阻止巷道繼續(xù)底鼓變形

經(jīng)現(xiàn)場觀測，51121 運(yùn)料巷（原運(yùn)輸巷） 底鼓區(qū)域有進(jìn)一步變形現(xiàn)象，為防止底鼓變形加劇導(dǎo)致出水量變大，及時(shí)采取了防止底鼓繼續(xù)發(fā)育的措施，自底鼓區(qū)域及后方10 m 范圍內(nèi)進(jìn)行排木垛，排成4 排每排2 個(gè)，有效地阻止了巷道繼續(xù)底鼓變形，在一定程度上阻止了出水點(diǎn)底板裂隙變大，水量變大跡象。

4.3 施工防水閘墻

在51121 運(yùn)料巷（原運(yùn)輸巷） 225 點(diǎn)前6 ～13.5 m 處施工了防水閘墻。墻內(nèi)共預(yù)埋了11 趟4寸管用作泄壓放水。墻體及與巷道接觸面全部用化學(xué)漿注漿。此次施工使用水泥30 罐、沙子34 罐、石子39 罐、噴漿料8 罐、25 kg 大閥門11 個(gè)、化學(xué)漿42 t。

對(duì)邢臺(tái)礦51121 出水點(diǎn)情況進(jìn)行分析，并最終確定在出水點(diǎn)巷道施工擋水墻。通過施工擋水墻，可有效控制出水點(diǎn)水量，同時(shí)在一定程度上對(duì)巷道四周及底板注漿加固，阻止了底鼓區(qū)域延伸變形。將墻體內(nèi)一趟管路與運(yùn)輸巷排水管路相連接，通過墻體內(nèi)水壓自壓至通51100 運(yùn)輸大巷，節(jié)省了水泵檢修、管路維護(hù)的時(shí)間。

4.4 對(duì)出水點(diǎn)附近破碎帶注漿加固

51121 運(yùn)輸巷（原運(yùn)料巷） 距出水點(diǎn)距離33 m，距離出水點(diǎn)較遠(yuǎn)，待51121 運(yùn)料巷（原運(yùn)輸巷） 防水閘墻建成關(guān)閉后，不會(huì)導(dǎo)致出水點(diǎn)從運(yùn)料巷出水，因此不再對(duì)51121 運(yùn)輸巷（原運(yùn)料巷） 施工水閘墻。為安全起見，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了針對(duì)性的注漿加固，共施工了5 個(gè)鉆孔，累計(jì)進(jìn)尺430.5 m，注漿量7.5 t，可保證工作面安全初采。

表1 工作面出水點(diǎn)附近注漿加固鉆孔成果Table 1 Drilling results of grouting reinforcement near the outlet of working face

4.5 重新規(guī)劃51121 切眼

51121 原設(shè)計(jì)切眼位置斷層構(gòu)造極其發(fā)育，水文情況復(fù)雜，重新調(diào)整新切眼位置，避開遠(yuǎn)離出水點(diǎn)位置，避免了出水點(diǎn)對(duì)51121 工作面安全開采的影響。同時(shí)對(duì)新切眼外側(cè)進(jìn)行了底板注漿加固，共施工了7 個(gè)鉆孔，累計(jì)進(jìn)尺744 m，注漿量6.6 t，可保證工作面安全初采。

表2 工作面新切眼外側(cè)注漿加固鉆孔成果Table 2 Drilling results of grouting reinforcement outside the new cut in working face

4.6 加強(qiáng)跟班監(jiān)測

51121 運(yùn)料巷（原運(yùn)輸巷） 出水期間，每班安排人員現(xiàn)場盯班，觀測出水點(diǎn)水量變化情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水文異常時(shí)及時(shí)匯報(bào)。經(jīng)連續(xù)觀測多日，水量整體呈衰減趨勢，已由最大出水量75 m3/h 衰減至15 m3/h。后續(xù)開始定期觀測，經(jīng)過近2 個(gè)月觀測，51121 出水點(diǎn)水量已穩(wěn)定在9 m3/h。

5 結(jié) 語

51121 運(yùn)輸巷因斷層活化導(dǎo)致巷道底鼓出水的成功治理，有效消除了出水點(diǎn)對(duì)51121 工作面安全開采的水害影響，并且該項(xiàng)目的成功實(shí)施，為今后處理類似情況提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。