王崇欣 郭振橋 楊 博

（河南大有能源義煤集團(tuán) 新安煤礦，河南 洛陽(yáng) 471842）

1 帶壓開(kāi)采評(píng)價(jià)工作現(xiàn)狀

自20 世紀(jì)80年代以來(lái)，淄博、焦作、永城、峰峰等煤田應(yīng)用帶壓開(kāi)采技術(shù)在解放受水害威脅的煤炭資源方面發(fā)揮了重要的作用。義煤集團(tuán)新安煤田，在小浪底庫(kù)區(qū)蓄水改變奧灰含水層動(dòng)力條件的情況下，為了實(shí)現(xiàn)礦井的可持續(xù)發(fā)展，深部煤炭資源安全開(kāi)發(fā)已經(jīng)提到重要的議事日程上來(lái)，作為煤礦水害防治技術(shù)重要發(fā)展方向和深部煤炭資源技術(shù)支撐的帶壓開(kāi)采評(píng)價(jià)技術(shù)面臨新的發(fā)展機(jī)遇和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

目前，由于各礦區(qū)底板水害影響程度不同，煤炭企業(yè)軟硬條件配置差異較大，對(duì)帶壓開(kāi)采安全評(píng)價(jià)問(wèn)題尚無(wú)法形成統(tǒng)一和明確的規(guī)范。近兩年義煤常村礦推行了安全指數(shù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，促進(jìn)了底板水害隱患的動(dòng)態(tài)排查治理； 義煤集團(tuán)公司安全評(píng)價(jià)體系及技術(shù)論證，重點(diǎn)從月度周期上對(duì)防治奧灰水進(jìn)行了督促指導(dǎo)；永煤公司等大型煤炭企業(yè)已相繼建立了自己的評(píng)價(jià)體系，較早摸索了防治底板太灰水的管理經(jīng)驗(yàn)； 西安煤科院靳德武教授2005年發(fā)表了論文《帶（水）壓開(kāi)采安全評(píng)價(jià)技術(shù)及其發(fā)展方向》，對(duì)全國(guó)煤炭行業(yè)中長(zhǎng)期帶壓開(kāi)采的安全評(píng)價(jià)工作進(jìn)行了系統(tǒng)勾繪。作為新安井田投產(chǎn)最早的礦井，新安煤礦對(duì)12181 孤島工作面帶水壓開(kāi)采進(jìn)行了防治水效果動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，對(duì)本井田水體下采煤以及條件類(lèi)似的礦井防治水工作具有借鑒價(jià)值。

2 工作面水文地質(zhì)條件

表1 二1 煤層底板巖層概況

新安煤礦主采二1 煤，礦井位于新安向斜北翼，為一平緩的單斜構(gòu)造，地層傾向南東，傾角9～11°。12181 工作面位于12 采區(qū)下山西翼中部，走向長(zhǎng)壁布置，上鄰12161 工作面（未圈定），下鄰12201 采空區(qū)；西鄰12、14 采區(qū)下山隔離煤柱，東鄰12 軌道下山保護(hù)煤柱。工作面地表無(wú)村莊及水體，地面標(biāo)高平均+470m，工作面標(biāo)高平均-1m，平均埋深471m，工作面切眼至停采線(xiàn)間面積71 896m2，平均5m，容重1.45t/m3，工業(yè)儲(chǔ)量521 246t，回采率取93%，可采儲(chǔ)量484 759t。該工作面水文地質(zhì)條件極復(fù)雜，直接充水水源為頂板砂巖裂隙水，間接充水的底板奧陶系灰?guī)r承壓含水層對(duì)煤炭開(kāi)采造成潛在危害。

奧灰距二 1 煤層底界43.77～74.50m，一般為53.76m，其中有兩層主要隔水層阻止地下水進(jìn)入礦井，屬具有突水威脅的間接充水含水層。

12181 回風(fēng)巷掘進(jìn)期間揭露一條頂板正斷層 （落差1.2m，傾角52°，無(wú)淋滲水），且上鄰的12161 工作面回風(fēng)巷（傾向相距115m）掘進(jìn)期間，曾揭露底板小斷層而導(dǎo)通奧灰水，突水量達(dá)4 250m3/h，造成淹井事故。淹井后，對(duì)突水點(diǎn)進(jìn)行了注漿堵水，1996年4月開(kāi)始排水復(fù)礦，1996年8月恢復(fù)生產(chǎn)，其上鄰的12141 的剩余塊段未再回采。

圖1 12181 工作面四鄰關(guān)系示意圖

2011年以來(lái)小浪底庫(kù)區(qū)高位蓄水，抬升了區(qū)域奧灰含水層的補(bǔ)給水頭，進(jìn)一步增加了奧灰突水概率。綜合來(lái)看，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，斷層附近破碎帶發(fā)育，孤島工作面礦壓顯現(xiàn)，底板隱伏導(dǎo)水通道將嚴(yán)重影響該面帶壓開(kāi)采。

3 采前評(píng)價(jià)

3.1 瞬變電磁初探

12181 工作面貫通后，對(duì)兩巷及切眼進(jìn)行了底板瞬變電磁勘探，共完成測(cè)線(xiàn)8 條，總長(zhǎng)4 040m，物理點(diǎn)405 個(gè)，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量良好。

本次瞬變電磁勘探共發(fā)現(xiàn)1 個(gè)疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)（回風(fēng)巷聯(lián)口向里240～290m 范圍）和1 個(gè)重度低阻異常區(qū)（運(yùn)輸巷聯(lián)口向里300～360m 范圍）。

圖2 回風(fēng)巷疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)

圖3 運(yùn)輸巷重度低阻異常區(qū)

回風(fēng)巷疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)： 頂界面局部已接近煤層底板20m 以淺，視電阻率值較低，呈現(xiàn)低阻異常。分析此處疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，在奧灰水高壓作用下，向上可能有一定程度導(dǎo)升，存在奧灰突水風(fēng)險(xiǎn)。

運(yùn)輸巷重度低阻異常區(qū)： 處于二1 煤層底板下50m 以深，其視電阻率值低。分析此處異常區(qū)位于奧灰層位，該區(qū)域巖溶裂隙較發(fā)育，可能富水性強(qiáng)。

3.2 鉆探查異及注漿加固

針對(duì)上述兩處瞬變電磁異常區(qū)，設(shè)計(jì)施工了兩組共6 個(gè)底板鉆孔，鉆探查明了運(yùn)輸巷異常區(qū)底板承壓水導(dǎo)升裂隙已發(fā)育至太原組L4 灰?guī)r層位，局部突水系數(shù)達(dá)0.08Mpa/m，遇有隱伏斷裂構(gòu)造，具有突水危險(xiǎn)性；鉆探查明回風(fēng)巷異常區(qū)底板鋁土質(zhì)泥巖隔水層不存在導(dǎo)水通道，局部突水系數(shù)最大0.042Mpa/m，屬帶壓開(kāi)采安全塊段。

表2 12181 工作面采前鉆孔成果表

從鉆孔成果數(shù)據(jù)來(lái)看，工作面底板注漿加固可使該隔水層有效厚度達(dá)到50m，則隔水層承受水壓最大2.6Mpa，突水系數(shù)最大0.052Mpa/m，可以達(dá)到帶壓開(kāi)采的安全條件。異常區(qū)經(jīng)兩個(gè)鉆孔注漿加固后，中間最后施工的鉆孔涌水量相對(duì)減少，說(shuō)明漿液對(duì)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行了有效的擴(kuò)散充填。

圖4 12181 工作面鉆探查異鉆孔平面成果圖

3.3 復(fù)查評(píng)價(jià)

12181 工作面底板注漿加固結(jié)束后，對(duì)兩巷進(jìn)行了底板瞬變電磁復(fù)查，共完成測(cè)線(xiàn)4 條，總長(zhǎng)2 400m，物理點(diǎn)241 個(gè)，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量良好。

本次瞬變電磁勘探成果顯示探測(cè)區(qū)域巖層視電阻值普遍較高，未見(jiàn)明顯低阻異常區(qū)域。

圖5 回風(fēng)巷復(fù)查剖面成果圖

圖6 運(yùn)輸巷復(fù)查剖面成果圖

4 采中查異

4.1 瞬變電磁復(fù)探

12181 工作面回采了200m 時(shí)，又對(duì)兩巷進(jìn)行了底板瞬變電磁復(fù)查，完成測(cè)線(xiàn)2 條，物理點(diǎn)82 個(gè)，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量良好。發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸巷聯(lián)口向里200～240m 范圍存在1 處異常區(qū)。為疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)，上下聯(lián)通性較好，且異常區(qū)頂界面已接近或達(dá)到20m 以淺，視電阻率值偏低，呈現(xiàn)高度低阻異常。分析此處異常區(qū)在奧灰高水壓作用下，奧灰水向上可能有一定程度導(dǎo)升，存在奧灰突水風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 12181 運(yùn)輸巷底板垂探剖面成果圖

圖8 12181 運(yùn)輸巷底板內(nèi)幫45°探測(cè)剖面成果圖

4.2 鉆探查異及注漿加固

針對(duì)運(yùn)輸巷新發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)，施工了3 個(gè)鉆孔，驗(yàn)證了異常區(qū)存在奧灰水導(dǎo)升，并具有突水危險(xiǎn)性。經(jīng)過(guò)前兩個(gè)鉆孔注漿加固，9# 鉆孔僅在奧灰頂界面附近揭露少量滲水，表明該異常區(qū)注漿效果明顯，突水危險(xiǎn)性已得到有效消減。

表3 采中鉆孔成果表

5 收尾階段

12181 回采至皮帶巷口以里377m 時(shí)，發(fā)現(xiàn)回風(fēng)巷聯(lián)口以里80m 處底板滲水約0.1m3/h，且巷道壓力越發(fā)顯現(xiàn)，底鼓150mm。于是采取了停產(chǎn)打鉆措施，10# 鉆探揭露承壓水導(dǎo)升裂隙發(fā)育至L7 灰?guī)r層位，涌水量相對(duì)較大，計(jì)算該段底板突水系數(shù)達(dá)0.124Mpa/m，超過(guò)安全值，具備了突水危險(xiǎn)性。

方位（°）俯角（°）孔深（m）見(jiàn)水孔深（m）見(jiàn)水垂深（m）涌水量(m3/h）水壓（Mpa）注漿量(t) 注漿終壓（Mpa）214 39.5 94.3 27 17 8 48 30.5 6 50 31.8 5 94 59.8 14 1.9 70 10

鑒于12181 工作面已回采形成孤島煤柱，長(zhǎng)期停產(chǎn)治理容易造成應(yīng)力失穩(wěn)破壞底板，不能維持底板注漿加固效果；相鄰的12161 上巷突水點(diǎn)附近仍可能存在奧灰強(qiáng)徑流條帶，且綜合考慮安全成本、打鉆注漿成本，決定提前停產(chǎn)回撤。

6 后續(xù)工作

由于該采區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，12181 工作面回撤后仍要加強(qiáng)水情監(jiān)測(cè)，每周定期觀(guān)測(cè)密閉墻放水管流量，防范滯后突水。

12181 運(yùn)輸巷聯(lián)絡(luò)巷段巷道低洼，為節(jié)省排水投入，建議在此低洼段向12 采區(qū)下山軌道巷施工俯角泄水孔，從而實(shí)現(xiàn)老空水自流排放。

底板奧灰承壓水對(duì)孤島工作面是威脅，但對(duì)礦井供水則是寶貴資源。在12 采區(qū)擇址施工疏水降壓鉆孔，必將進(jìn)一步消減采區(qū)滯后底板突水風(fēng)險(xiǎn)，也將變害為寶、彌補(bǔ)礦井經(jīng)濟(jì)效益。

同時(shí)，為確保萬(wàn)無(wú)一失，仍需在12 采區(qū)增設(shè)水害防范備災(zāi)物資，包括備用水泵、排水管路等。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)12181 孤島工作面進(jìn)行動(dòng)態(tài)的水害治理與評(píng)價(jià)，有效解放了28 萬(wàn)噸煤炭資源，確保了職工生命安全，避免了礦井財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，獲得了大量水文地質(zhì)參數(shù)，實(shí)踐創(chuàng)新了施工工藝，為以后帶壓開(kāi)采動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)工作積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]張民慶等.注漿效果檢查評(píng)定技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，第25 卷增2.

[2]靳德武等.帶（水）壓開(kāi)采安全評(píng)價(jià)技術(shù)及其發(fā)展方向[J].煤田地質(zhì)與勘探，2005，第33 卷增刊.