張 航

（陜西澄城董東煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 澄城 715200）

引言

某煤礦主采5 號(hào)煤層，煤層底板標(biāo)高為＋210～+370 m，其煤層下伏奧灰含水層（+371 m）均高于5 號(hào)煤層底板標(biāo)高，屬于承壓開(kāi)采，即奧灰含水層為礦井的主要突水威脅，礦井水文地質(zhì)類(lèi)型為復(fù)雜型。

1 工作面概況

1.1 A 工作面概況

某煤礦A 工作面位于曹莊村保安煤柱以南，莊頭村以東。井下位于501 采區(qū)南部區(qū)段，北臨A 工作面，東接501 采區(qū)南部集中回風(fēng)巷，走向長(zhǎng)716 m，傾斜長(zhǎng)100 m。5 號(hào)煤層厚2.2～4.6 m，平均厚3.2 m，一般含夾矸一至二層，夾矸不穩(wěn)定，厚0.2～2.0 m，夾矸多為炭質(zhì)泥巖或鋁土質(zhì)泥巖。工作面進(jìn)風(fēng)順槽揭露，停采線向里196～420 m 范圍煤層變薄，厚度為1.1～2.5 m。

5 號(hào)煤基本頂為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、石灰?guī)r，呈灰黑色，含植物碎片化石及黃鐵礦結(jié)核，厚1.1～7.5 m，直接頂變化較大，為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、石灰?guī)r，厚1.2～3.9 m?；卷斉c直接頂間夾一層4 號(hào)煤，厚0.1m～0.3 m，直接頂和4 號(hào)煤不穩(wěn)定，個(gè)別地段缺失，相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖偽頂或5 號(hào)煤合層。5 號(hào)煤底板為石英砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，厚0.5～6.2 m。

1.2 A 工作面構(gòu)造分布概況

A 工作面總體處于一單斜構(gòu)造，預(yù)計(jì)局部背向斜較為發(fā)育，工作面北高南低，西高東低，煤巖層傾向SE，傾角為3°～10°。三維地震勘探資料顯示：在A工作面南部發(fā)育一正斷層DF12，斷層走向基本為NE向，傾向NW，落差為0～40 m，由于DF12 斷層落差較大，預(yù)計(jì)上盤(pán)煤系地層與下盤(pán)奧灰含水層對(duì)接，如圖1 所示。兩順槽及切眼揭露地質(zhì)資料顯示，工作面共發(fā)育斷層16 條，最大落差1.9 m，最小落差0.5 m。工作面圈定之后開(kāi)展了槽波探查工程，槽波探查成果，如圖2 所示。

1.3 A 工作面水文地質(zhì)概況

A 工作面上覆含水層為K4、K*、K中砂巖含水層，K*距5 號(hào)煤層9.4～15.5 m，K 中距5 號(hào)煤層31.9～46.2 m，其富水性弱至中等。下伏含水層為K2灰?guī)r和奧灰?guī)r溶含水層，K2灰?guī)r含水層上距5 號(hào)煤層15.3～24.2 m，奧灰?guī)r溶含水層上距5 號(hào)煤層33.4～45.6 m，鋁質(zhì)泥巖厚4.5～10.4 m。5 號(hào)煤底板標(biāo)高+283.0～+307.0 m，根據(jù)勘探資料顯示，K2灰?guī)r含水層靜水位+408.8 m，根據(jù)某煤礦井下K2觀測(cè)孔觀測(cè)顯示，K2含水層的水位標(biāo)高為+316 m，根據(jù)澄合礦區(qū)奧灰?guī)r溶含水層區(qū)域水位為+371m，屬承壓開(kāi)采，K2灰?guī)r含水層最大突水系數(shù)為0.082 MPa/m。奧灰?guī)r溶含水層最大突水系數(shù)為0.026 MPa/m，小于臨界值0.06 MPa/m。根據(jù)澄合礦區(qū)底板破壞深度經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)計(jì)，在底板巖層完整的情況下，底板破壞裂隙不會(huì)發(fā)育至K2含水層。在工作面范圍內(nèi)，底板有效隔水層完整的情況下，奧灰水不會(huì)直接進(jìn)入采掘工作。在構(gòu)造發(fā)育區(qū)段，底板K2和奧灰含水層對(duì)采掘工作影響較大。

1.4 A 工作面水害治理工程概況

工作面回采前均完成了工作面底板水害注漿治理工程、相鄰50110 工作面采空區(qū)探查及疏放工程、A工作面頂板水害探查及疏放工程。

2 工作面突水情況及原因分析

2.1 工作面突水情況

2022 年2 月4 日23 時(shí)，A 回采工作面推采至距離停采線355 m 處工作面，42 號(hào)支架采空區(qū)側(cè)出水約60 m3/h，2 月5 日19 時(shí)該出水量增加至約130 m3/h（經(jīng)化驗(yàn)為奧灰水），工作面總涌水量達(dá)到230～240m3/h。根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》及突水點(diǎn)水量判定，此次為中等突水點(diǎn)。

2.2 出水原因分析

經(jīng)過(guò)對(duì)A 工作面此次出水情況及前期治理情況研究討論分析，出水原因有以下三點(diǎn)：一是工作面整體沿南側(cè)DF12（0～40 m）正斷層走向布置，并位于斷層上盤(pán)，根據(jù)附近鉆孔資料，斷層下盤(pán)的奧灰?guī)r溶含水層與工作面下部的K2灰?guī)r含水層直接對(duì)接，導(dǎo)致工作面底部受奧灰?guī)r溶水的補(bǔ)給非常強(qiáng)[1]。二是工作面兩順槽及北部臨近工作面小斷裂構(gòu)造發(fā)育，導(dǎo)致煤巖體破碎，煤層底板隔水性能差，加之南鄰DF12 斷層，附近隱伏導(dǎo)水通道較為發(fā)育。三是工作面推采較為緩慢，受應(yīng)力疊加影響，中部壓力較大，導(dǎo)致煤巖體破碎，煤層底板隔水性能減弱，水源補(bǔ)給性強(qiáng)，導(dǎo)致工作面中部出水。

3 治理方案及效果

3.1 治理方案

通過(guò)有關(guān)專(zhuān)業(yè)部門(mén)對(duì)出水情況進(jìn)行分析，需重新對(duì)A 工作面出水點(diǎn)位置及剩余回采范圍詳細(xì)探查，查清工作面的隱伏導(dǎo)水通道及富水異常區(qū)域，徹底對(duì)剩余回采范圍進(jìn)行治理，確保安全回采。委托西安科技大學(xué)重新對(duì)A 工作面出水點(diǎn)及剩余回采范圍進(jìn)行直流電法探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果分批次對(duì)該出水點(diǎn)及剩余回采范圍進(jìn)行治理。共施工鉆孔6 個(gè)，終孔層位為K2底板，鉆探工程量總426.8 m。6 個(gè)鉆孔均采用425號(hào)普通硅酸鹽水泥,漿液水灰質(zhì)量比：1∶0.3～1∶0.5，達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)后方可結(jié)束注漿。

1）注漿量<35 L/min。

2）工作面注漿孔口壓力達(dá)到靜水壓力的1.5～2倍以上，單孔注漿結(jié)束時(shí)應(yīng)達(dá)到的壓力為4.0～5.0 MPa。

3）孔內(nèi)出水量<1 m3/h。

3.2 治理效果

1）第一階段治理效果。2 月8 日—22 日完成第一階段補(bǔ)1、補(bǔ)2 孔的施工。補(bǔ)1 孔鉆探進(jìn)尺72 m，出水量20 m3/h，補(bǔ)2 孔鉆進(jìn)進(jìn)尺63 m，出水量3 m3/h，兩個(gè)鉆孔均采用純水泥漿的注漿方式，兩個(gè)鉆孔注水泥量分別2.9 t、6.4 t，壓力持續(xù)穩(wěn)定至5.0 MPa，最終鉆孔內(nèi)不出水，封孔。經(jīng)過(guò)加壓并持續(xù)注漿，對(duì)出水點(diǎn)導(dǎo)水通道進(jìn)行了封堵。

補(bǔ)1 孔出水量較大，為20 m3/h，經(jīng)過(guò)注漿治理后，施工的補(bǔ)2 孔對(duì)補(bǔ)1 孔治理效果進(jìn)行驗(yàn)證，出水量減小為3 m3/h，再經(jīng)過(guò)對(duì)補(bǔ)2 孔進(jìn)行加壓注漿后，有效控制了出水點(diǎn)的涌水量且出現(xiàn)較小趨勢(shì)，23 日出水點(diǎn)水量開(kāi)始減小，最終減小至60～70 m3/h，工作面整體涌水量從230～240 m3/h 減小至160～170 m3/h，水量穩(wěn)定，再無(wú)異常增大。

2）第二階段治理效果。2 月23 日—3 月3 日完成第一階段補(bǔ)3、補(bǔ)4 孔的施工。補(bǔ)3 孔鉆探進(jìn)尺75 m，出水量20 m3/h，補(bǔ)4 孔鉆進(jìn)進(jìn)尺76 m，出水量15 m3/h，兩個(gè)鉆孔均采用純水泥漿的注漿方式，兩個(gè)鉆孔注水泥量分別5.5 t、6.0 t，壓力持續(xù)穩(wěn)定至5.0 Mpa，最終鉆孔內(nèi)不出水，封孔。經(jīng)過(guò)加壓并持續(xù)注漿，對(duì)出水點(diǎn)導(dǎo)水通道及外段富水異常區(qū)域進(jìn)行了治理。補(bǔ)3、補(bǔ)4孔出水量均較大，分別為20 m3/h、15 m3/h，經(jīng)過(guò)對(duì)兩個(gè)探查孔進(jìn)行注漿治理后，有效地對(duì)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行封堵，控制了出水點(diǎn)的涌水量，工作面整體涌水量減小至140～150 m3/h，水量穩(wěn)定，再無(wú)異常增大。

3）后續(xù)治理安排。目前正在進(jìn)行第三階段的施工，根據(jù)工期安排，預(yù)計(jì)3 月底完成整個(gè)探查治理工程。工作面整體回采完成后，在兩順槽巷口分別施工一道擋水密閉墻，減少采空區(qū)水對(duì)整個(gè)礦井的影響。

4 應(yīng)急組織措施

為了保障工作面安全生產(chǎn)正常運(yùn)行、排水系統(tǒng)可靠、水害應(yīng)急管理規(guī)范、各項(xiàng)措施齊全、生產(chǎn)組織合理，于2022 年2 月6 日在公司三樓辦公室召開(kāi)了專(zhuān)題會(huì)議并成立領(lǐng)導(dǎo)小組，對(duì)公司A 工作面水害應(yīng)急工作進(jìn)行全面安排部署。

4.1 成立領(lǐng)導(dǎo)小組

公司決定成立公司A 工作面水害應(yīng)急工作運(yùn)行領(lǐng)導(dǎo)小組，領(lǐng)導(dǎo)小組下設(shè)辦公室，辦公室設(shè)在地測(cè)部，由地測(cè)部部長(zhǎng)任辦公室主任，負(fù)責(zé)A 工作面水害應(yīng)急工作中的督導(dǎo)和各項(xiàng)事宜的協(xié)調(diào)工作。

4.2 水害應(yīng)急組織措施

地測(cè)部負(fù)責(zé)跟蹤落實(shí)各項(xiàng)工作進(jìn)展情況，每班安排專(zhuān)人觀測(cè)A 工作面出水點(diǎn)水量變化情況，每小時(shí)匯報(bào)調(diào)度室，調(diào)度室匯報(bào)礦業(yè)公司調(diào)度室。調(diào)度室負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)處理各項(xiàng)工作實(shí)施中存在問(wèn)題，并跟蹤落實(shí)各項(xiàng)工作開(kāi)展情況，記錄工作面出水量匯報(bào)記錄，及時(shí)向領(lǐng)導(dǎo)及礦業(yè)公司調(diào)度室匯報(bào)工作面水量變化情況。機(jī)電部負(fù)責(zé)排水系統(tǒng)能力提升、供電系統(tǒng)可靠及有關(guān)設(shè)備調(diào)撥。關(guān)于排水能力的提升，工作面及系統(tǒng)均按照排水能力與出水量比例為2∶1 來(lái)布置排水設(shè)備及設(shè)施。

1）A 工作面30～43 號(hào)架處再安裝2 臺(tái)30 kW 水泵，共計(jì)4 臺(tái)，回風(fēng)端頭至回風(fēng)聯(lián)巷水倉(cāng)處鋪設(shè)兩趟Φ160 排水管路，將工作面的出水分流至回風(fēng)巷口水倉(cāng)內(nèi)，減小進(jìn)風(fēng)巷端頭的排水壓力。進(jìn)風(fēng)端頭至南部集中回風(fēng)巷5 號(hào)水倉(cāng)處再鋪設(shè)一趟Φ160 備用排水管路，進(jìn)風(fēng)端頭再備用2 臺(tái)100 kW 水泵，共計(jì)4 臺(tái)，將A 工作面排水能力由300 m3/h 提升至500 m3/h。

2）采區(qū)南部?jī)?nèi)、外水倉(cāng)分別更換一臺(tái)55 kW 水泵。南部集中回風(fēng)5 號(hào)水倉(cāng)至井底大巷水溝鋪設(shè)一趟Φ160 備用排水管路。采區(qū)南部?jī)?nèi)、外水倉(cāng)排水能力由400 m3/h 提升至500 m3/h。

3）中央水泵房?jī)膳_(tái)MD-280 水泵替換為兩臺(tái)MD-155 離心泵，中央水泵房排水能力由800 m3/h 提升至1 200 m3/h。通風(fēng)隊(duì)負(fù)責(zé)安裝A 工作面兩順槽局部通風(fēng)系統(tǒng)，避免突發(fā)水害阻斷風(fēng)流，工作面兩巷形成局部通風(fēng)系統(tǒng)后，可保證工作面安全作業(yè)通風(fēng)環(huán)境。生產(chǎn)技術(shù)部負(fù)責(zé)工作面的頂板維護(hù)、支架狀態(tài)管理及勞動(dòng)組織。對(duì)被水沖刷支架下陷的地方，必須打單體加強(qiáng)支護(hù)，底座、工作溜底下用板梁、渣袋進(jìn)行支墊，確保支架支護(hù)狀態(tài)。對(duì)片幫嚴(yán)重的地方進(jìn)行錨網(wǎng)索支護(hù)，并及時(shí)注漿加固，護(hù)幫板打設(shè)到位。供應(yīng)部負(fù)責(zé)水害應(yīng)急工作期間的物資材料供應(yīng)工作。及時(shí)調(diào)配或購(gòu)置水害應(yīng)急各項(xiàng)工作所需的管路、水泵、風(fēng)筒等材料，確保滿足水害應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)施工材料和時(shí)間節(jié)點(diǎn)需要。綜采隊(duì)安排好A 工作面水泵工每班清理進(jìn)風(fēng)端頭、工作面、5 號(hào)水倉(cāng)水泵吸水口周邊煤泥煤渣，維持水泵正常排水效率，發(fā)現(xiàn)水泵抽排水不力或是其他異常狀況時(shí)，立即聯(lián)系當(dāng)班跟班隊(duì)長(zhǎng)及電工，第一時(shí)間檢修處理，若電工檢查后確認(rèn)水泵損壞，立即上報(bào)調(diào)度室，調(diào)度室聯(lián)系機(jī)電部做好協(xié)調(diào)更換水泵事宜。每班派專(zhuān)人排查檢查工作面與兩順槽電氣設(shè)備、管路連接情況，及時(shí)處理排查問(wèn)題。安監(jiān)部安排2 名安檢員，隨時(shí)觀察工作面架后及采空區(qū)的水情，發(fā)現(xiàn)異常立即匯報(bào)給調(diào)度室或防治水辦公室，并及時(shí)采取相應(yīng)措施。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某煤礦A 回采工作面底板突水的原因分析，并在地質(zhì)、水文地質(zhì)資料分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)物探、鉆探基本找出了突水通道，并以“防治”結(jié)合的治理措施，對(duì)底板突水進(jìn)行了治理、預(yù)防，有效防范了此次突水造成的損失，為出現(xiàn)類(lèi)似突水事故的預(yù)防和處理上提供一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。