王占武，趙亞斌，李宏宏

(1. 山西焦煤集團(tuán) 嵐縣正利煤業(yè)有限公司， 山西 嵐縣 035200； 2. 山西焦煤集團(tuán) 投資有限公司， 山西 太原 030024)

山西焦煤集團(tuán)嵐縣正利煤業(yè)有限公司隸屬于山西焦煤集團(tuán)投資有限公司，礦井位于山西省呂梁市嵐縣，為資源整合單獨(dú)保留礦井。井田面積9.26 km2，批準(zhǔn)開采4-1#、4#、7#、9#煤，地質(zhì)資源儲(chǔ)量21 361萬t，工業(yè)儲(chǔ)量14 287萬t，可采儲(chǔ)量7 291萬t，煤種為1/3焦煤和少量氣肥煤，開采標(biāo)高+990～+350 m. 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬t/a，服務(wù)年限36年。礦井為立井開拓方式，布置一個(gè)+590 m開采水平。礦井地質(zhì)構(gòu)造簡單，水文地質(zhì)類型中等。

1 概 況

1.1 14-1106工作面概況

14-1106工作面地表位于葛鋪村正南方向，工作面對(duì)應(yīng)地表為黃土梁峁地貌，無建筑物等設(shè)施，蓋山厚度451～571 m. 井下位于一采區(qū)，東為實(shí)煤，西為14-1107工作面采空區(qū)，一采區(qū)軌道上山南為礦界。工作面四鄰關(guān)系見圖1. 工作面設(shè)計(jì)走向長2 556 m，傾斜長200 m，煤層整體呈單斜構(gòu)造，巖層走向大致近南北，傾向東，傾角6°左右，4-1#煤層厚度2.90～3.80 m，平均3.26 m.

圖1 14-1106工作面四鄰關(guān)系示意圖

1.2 14-1106工作面水文地質(zhì)概況

1) 頂板含水層。

山西組巖性主要由4～5層灰白色中細(xì)粒砂巖組成，平均厚度15 m，彼此被隔水層隔開，巖性變化大。本組含水段主要為砂巖裂隙含水層，含水性微弱。據(jù)ZK2號(hào)孔上、下石盒子組、山西組含水層混合抽水試驗(yàn)，單位涌水量0.066 1 L/s·m，轉(zhuǎn)換口徑后為0.046 L/s·m(口徑91 mm,落差10 m)，滲透系數(shù)為0.025 0 m/d，水位標(biāo)高1 162.31～1 167.44 m，含水層富水性弱，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·(K+Na) ·Mg，礦化度為218 mg/L. 從一采區(qū)各個(gè)工作面的實(shí)際揭露情況可知，該層位主要以滴水、淋水現(xiàn)象為主，一段時(shí)間后水量明顯減小，對(duì)生產(chǎn)一般不會(huì)產(chǎn)生影響。

2) 底板含水層。

a) 太原組巖溶裂隙含水層。

本組巖性主要由泥巖、砂巖、石灰?guī)r及煤層組成，含水層主要為L1、L2、L3石灰?guī)r及K3砂巖。井田內(nèi)太原組地層總厚度98.78～127.60 m，K3砂巖厚0～19.23 m，平均13.40 m. L1多為泥灰?guī)r，一般厚0.50 m左右，最厚達(dá)3 m. L2石灰?guī)r較純，裂隙發(fā)育不均，厚2.06～6.80 m，平均為3.50 m，層位及厚度變化不大。L3為中厚層狀厚石灰?guī)r，厚0.30～6.70 m，平均為4.20 m，裂隙發(fā)育不均，方解石脈穿插于裂隙之中。根據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)得知，單位涌水量0.011 71 L/s·m，轉(zhuǎn)換口徑后為0.039 L/s·m(口徑91 mm,落差10 m)，水位標(biāo)高1 104.85 m，含水層富水性弱，但局部富水性中等。

b) 奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。

該礦奧灰水靜止水位標(biāo)高為1 139 m，實(shí)際隔水層厚度150.9 m，14-1106工作面4-1#煤層底板標(biāo)高715～793 m，低于奧灰水靜止水位標(biāo)高424～346 m，屬帶壓開采。經(jīng)計(jì)算，巷道底板突水系數(shù)為0.038～0.033 MPa/m，低于臨界突水系數(shù)值，屬于相對(duì)安全區(qū)；安全隔水層厚度6.8 m，小于實(shí)際隔水層厚度150.9 m.

2 工作面膠帶順槽鉆孔出水經(jīng)過和機(jī)理分析

2.1 出水經(jīng)過

2017年12月13日，該礦在14-1106工作面下順槽23#點(diǎn)前58 m處進(jìn)行超前物探，直流電(圖2)和井下瞬變電磁結(jié)果(圖3)顯示前方存在低阻異常區(qū)域，對(duì)物探異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。2017年12月14日開始施工鉆孔，截止2018年1月5日累計(jì)施工鉆孔15個(gè)。其中，順層方向10個(gè)鉆孔、頂板方向2個(gè)(出水量均為1.5 m3/h左右、第二天疏干)、底板方向3個(gè)，總進(jìn)尺1 017 m，疏放水量26 145 m3. 截止2018年1月15日15個(gè)鉆孔中有6個(gè)鉆孔出水，其中底板方向3個(gè)，順層方向3個(gè)，合計(jì)涌水量為40.5 m3/h. 出水鉆孔情況見表1.

圖2 23#點(diǎn)前58 m直流電法超前探測成果圖

圖3 23#點(diǎn)前58 m瞬變電法超前探測成果圖

表1 出水鉆孔情況表

2.2 出水機(jī)理分析

1) 確定充水水源。

主要采用水化學(xué)特征分析判別水源，在出水點(diǎn)取樣進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)分析，化驗(yàn)結(jié)果見表2. 由表2可知，水質(zhì)類型為HCO3-Na， Na+含量較高，占陽離子總含量的60%～70%；礦化度為491 mg/L，顯示砂巖水特征，通過與水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)庫比對(duì)，與太原組含水層水化學(xué)特征接近，初步分析判定直接充水水源為太原組含水層水。

表2 鉆孔出水水化學(xué)分析表

2) 確定充水通道。

為確定充水通道，利用礦用鉆孔測井分析儀對(duì)其中2個(gè)底板鉆孔進(jìn)行了窺視(圖4). 根據(jù)圖4及掘進(jìn)過程中收集的14-1106工作面膠帶順槽斷裂構(gòu)造延伸情況綜合分析，基本確定充水水源為4#煤層底板砂巖含水層水，充水通道為裂隙，充水區(qū)域在平面上為迎頭前50～64 m(圖5中圈住部分)。

圖4 鉆孔窺視儀影像資料圖

圖5 鉆孔布置及出水區(qū)域范圍示意圖

3 治 理

3.1 疏 放

分析出水機(jī)理后，編制了《14-1106工作面膠帶順槽4#煤層底板至K3砂巖段水文地質(zhì)探測疏放水鉆孔設(shè)計(jì)及安全技術(shù)措施》，在保證排水系統(tǒng)完善，并留足30 m超前距的前提下，在工作面適當(dāng)位置施工鉆場，對(duì)出水區(qū)域底板進(jìn)行進(jìn)一步探測，并按照設(shè)計(jì)施工了3個(gè)4-1#煤層底板水疏放孔，分別編號(hào)為K1、K2、K3，鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見表3. 終孔位置均為5#煤層底板(見圖6)，K1孔初期涌水量為59.3 m3/h，水壓0.9 MPa；K2孔初期涌水量為45.5 m3/h,水壓0.9 MPa；K3孔初期涌水量為48 m3/h,水壓0.9 MPa. 其中，K1鉆孔全孔取芯，層位層序基本穩(wěn)定無塌陷錯(cuò)亂現(xiàn)象。對(duì)鉆探成果和鉆孔窺視資料綜合分析,最終確定出水水源為位于4#煤層底板的K3砂巖裂隙水。經(jīng)過疏放，7天后該工作面迎頭涌水量由40.5 m3/h減小到 10 m3/h，疏放效果明顯。

表3 鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖6 K1號(hào)鉆孔實(shí)際剖面圖

3.2 注 漿

編制了《14-1106工作面膠帶順槽4#煤層底板注漿改造設(shè)計(jì)及施工組織安全技術(shù)措施》，對(duì)14-1106工作面膠帶順槽底板富水區(qū)域進(jìn)行了注漿改造，改造示意圖見圖7. 該次注漿改造工程共計(jì)施工5個(gè)注漿孔和1個(gè)驗(yàn)證孔，總進(jìn)尺211 m，消耗水泥漿液11.5 t. 通過改造加強(qiáng)了安全隔水層厚度的抗采(掘)動(dòng)能力，同時(shí)封堵了4-1#煤層底板及以下導(dǎo)水裂隙帶，保證了礦井安全生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

嵐縣正利煤業(yè)14-1106掘進(jìn)工作面在“有掘必探”過程中，對(duì)鉆孔出水機(jī)理進(jìn)行分析及對(duì)出水進(jìn)行治理，杜絕了水害事故的發(fā)生，確保了工作面安全掘進(jìn)，為帶壓開采的構(gòu)造導(dǎo)水性探測及煤系地層含水層水的疏放方案提供了參考依據(jù)，同時(shí)也從側(cè)面印證了“有掘必探”在煤礦防治水工作中的重要性。