XX保護層工作面底板巖溶水突水危險性評價

李正鵬

（1.河南理工大學 資源環(huán)境學院，河南 焦作 454000；2.河南寶雨山煤業(yè)有限公司，河南 洛陽 471300）

1 試驗區(qū)情況

1.1 地質(zhì)條件

XX工作面掘進期間共揭露了兩條斷層，分別為DF2、F5斷層。DF2為三維地震勘探斷層，實際在工作面上順槽距切巷口向外110m處揭露，落差為2.8m，斷層位于工作面南部，對回采影響較??；F5為實際揭露斷層，在XX下順槽通尺290m處揭露，預計工作面內(nèi)最大落差2.4m，對回采影響較大。

1.2 水文地質(zhì)條件

1.2.1 頂?shù)装搴畬?/p>

由于受巖性、埋藏及水文地質(zhì)條件的影響，含水性橫向、傾向及垂向上存在顯著的不均一性，尤其在傾向上，有隨埋藏深度的增加而逐漸減弱的趨勢。根據(jù)XX工作面補充鉆探情況分析，該含水層與工作面之間的隔水層厚度最小46m，觀測最高水位約+260m。該層屬巖溶裂隙弱富水性含水層，為一7煤底板間接充水含水層。

1.2.2 頂?shù)装甯羲畬?/p>

石炭系太原組中段砂質(zhì)泥巖或泥巖隔水層。巖石較致密，裂隙欠發(fā)育，自然狀態(tài)下，是阻隔太原組上段與下段灰?guī)r水力聯(lián)系的良好隔水層。

1.2.3 老窯采空積水情況

XX工作面位于一水平西翼，為寶雨山煤礦第一保護層工作面，東為12回風上山，西為礦井邊界，南北均為未采區(qū)，因此，XX工作面無老空水害威脅。

2 煤層底板巖溶承壓水對安全生產(chǎn)的威脅

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，突水系數(shù)是評價帶壓開采條件下煤層底板承壓水突水危險的重要依據(jù)，因此，本次仍采用突水系數(shù)評價寶雨山礦XX工作面底板寒武系灰?guī)r巖溶水的突水危險。

圖1 寶雨山礦2010-2011年巖溶水水位動態(tài)變化曲線

寶雨山礦區(qū)各礦井正常生產(chǎn)均未對寒灰水進行疏放，整個礦區(qū)巖溶水水位多年來保持在動態(tài)均衡狀態(tài)。水位動態(tài)主要受降水因素的影響，巖溶水雨季獲得大氣降水補給后其水位上升，至11-12月份水位升至最高，此后水位逐漸下降，至次年4-5月份水位降至最低。年內(nèi)水位變幅最高可達100m，如2012年最高水位為+320m，最低水位只有+220m。XX工作面分布有7個水文觀測孔，各孔水位相差較大（圖1）。根據(jù)防治水工作安排，XX工作面回采期間，對寒灰?guī)r溶水不采取主動性的疏水降壓措施，預計其最高水位仍將在+320m左右。

隔水層厚度取XX工作面7個鉆孔平均值46m。作用在煤層底板的水壓按工作面最高水位和工作面最低標高計算，最高水位為+258m，最低標高取+20m。作用在煤層底板的水壓最大值為2.4MPa。煤層底板承壓水突水系數(shù)為：

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，一般情況下，在具有構(gòu)造破壞的地段臨界突水系數(shù)為0.06MPa/m，隔水層完整無斷裂構(gòu)造破壞地段臨界突水系數(shù)為0.1MPa/m。XX工作面斷層不發(fā)育，隔水層分布穩(wěn)定且完整。上述計算表明，帶壓開采一7煤，煤層底板寒灰?guī)r溶水突水系數(shù)小于臨界突水系數(shù)值。因此，除非工作面內(nèi)部仍有尚未發(fā)現(xiàn)的導水通道，正常條件下，寒灰?guī)r溶水是很難突破隔水層涌入礦井的。

3 水力擠出措施工藝及注水參數(shù)

3.1 水力擠出措施工藝

水力擠出措施工藝的進行可以比較有效地減少煤體結(jié)構(gòu)和突出應力的不均勻性與不穩(wěn)定性，也能相應減少水文地質(zhì)災害的發(fā)生，降低突水危險性。水利擠出措施一般包括煤層注水和鉆孔施工。由于寶雨山煤礦保護層（一7煤）工作面受煤層底板寒灰?guī)r溶承壓水、斷層水等水害影響，因此可利用水力擠出措施方式防治水害。根據(jù)寶雨山煤礦保護層的實際情況，在進行鉆孔施工的時候可打3～7個小直徑鉆孔，其中小直徑為91mm，進行高壓注水。使高壓注水的速度比水滲透的速度快一些，形成煤體破裂并向工作面自由端接近，使煤體工作面卸壓，達到防治水目的。

3.2 水力擠出措施注水參數(shù)

參加本次放水試驗的鉆孔共有7個，分別編號為01～07，01～04布置在工作面下順槽，05、06布置在工作面中順槽，07孔布置在工作面上順槽。

放水孔布置：目的為疏水降壓，選擇鉆孔涌水量最大的03孔作為放水孔。

觀察孔布置：結(jié)合已有的觀測孔，能夠查明區(qū)域內(nèi)水力聯(lián)系，選擇 01、02、04、05、06、07 孔作為觀察孔。

孔號水位 02# 03#(放水) 05# 01# 04# 06# 07#鉆孔標高m 23.2 24.5 40.6 20.1 25.3 41.8 83.6初始水壓mpa 2.17 2.34 1.92 1.50 1.22 1.16 0.79初始水位m 240.2 258.5 232.6 170.1 147.3 157.8 162.6水位降深m 42.0 61.0 27.0 22.0 19.0 37.0 13.0

為了查明XX工作面7個水文觀測孔寒灰?guī)r溶水間的水力聯(lián)系，進一步確認寒灰?guī)r溶裂隙含水層的富水性，進行了單孔放水—多孔觀測的放水試驗。將03#孔作為放水孔，所有鉆孔均作為觀測孔。放水試驗于2012年1月5日8點開始，打開03#孔閥門后，每間隔30分鐘觀測一次水壓（水位）和水量。試驗于2012年1月17日零點結(jié)束，共持續(xù)了280小時（11.7天）。放水試驗期間，放水孔（03#孔）流量一直沒有變化，始終在19.5m3/h，各觀測孔水位均有不同程度的下降。本次放水試驗暴露了寒武系灰?guī)r巖溶水的一些水文地質(zhì)特征，總結(jié)如下：各孔水力聯(lián)系密切程度不一，寒武系灰?guī)r富水性較差。

4 安全開采的防治水技術措施

4.1 根據(jù)帶壓開采安全技術措施，工作面回采過程中地測科、開采隊要密切監(jiān)測頂?shù)装逋凰髡?，制定各種處理預案，發(fā)現(xiàn)異常及時處置。

4.2 加強職工安全教育，提高安全警惕，讓工作面施工人員都熟悉突水預兆、避災路線，提高職工抗災能力。發(fā)現(xiàn)水文地質(zhì)異常應及時報告調(diào)度室。

4.3 X工作面巷道均為正坡度施工，巷道內(nèi)已開挖有排水溝，工作面頂?shù)装逵克耆梢宰孕辛鞒觯⑶乙皶r清理排水溝，維護排水設施，確保排水暢通，保證工作面生產(chǎn)期間正常排水。

5 結(jié)語

寶雨山煤礦XX保護層（一7煤）工作面受煤層底板寒灰?guī)r溶承壓水、斷層水等水害影響。本文結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料，對工作面地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進行了全面分析，對煤層底板巖溶承壓水對安全生產(chǎn)的威脅進行了評估并制定了安全開采的防治水技術措施，有利于工作面的安全生產(chǎn)。