金家渠煤礦110301首采工作面風(fēng)氧化帶的確定及處理措施

李喆

【摘 要】針對(duì)礦井復(fù)雜的水文條件，為了進(jìn)一步探清巷道前方煤層變化及其水文地質(zhì)情況，進(jìn)行鉆孔疏放水，主要探查煤層頂板不同標(biāo)高的巖性及裂隙發(fā)育高度、水力聯(lián)系、充水強(qiáng)度、影響范圍等；明確了充水水源，在確定風(fēng)氧化帶的賦存范圍后及其影響程度后，針對(duì)工作面加強(qiáng)了該地段抽排水力度，采取集中放水措施；在風(fēng)氧化帶揭露段提前加強(qiáng)支護(hù)，以短支短掘的方式穿過(guò)風(fēng)氧化帶賦存區(qū)，保證了設(shè)計(jì)不變，避免了巷道的運(yùn)輸管理環(huán)節(jié)增多情況，保證工作面的資源量不變，增加了資源回收率，同時(shí)為礦區(qū)周圍水文條件相同的礦井提供了參考依據(jù)，有效指導(dǎo)了對(duì)礦井風(fēng)氧化帶的認(rèn)識(shí)及處理等借鑒措施。

【關(guān)鍵詞】礦井水文地質(zhì) 風(fēng)氧化帶 確定及處理措施

1 工作面概況

金家渠煤礦110301工作面為11采區(qū)首采工作，該工作面南以回風(fēng)斜井保護(hù)煤柱為界，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)2005～2208m，西部以勘探的3煤風(fēng)氧化帶下限為界，工作面長(zhǎng)223m（235～268m），煤層平均傾角為18～33.5°，工作面資源儲(chǔ)量為224萬(wàn)噸。

掘進(jìn)3煤直接頂為粉砂巖，厚度0.5-4.3米，平均厚度3.2米；老頂中砂巖19.99-35.01米，平均厚度24.68米，其老頂中砂巖為影響金家渠井田開采的主要含水層。

2 工作面探放水工程的實(shí)施

該工作面三條順槽已開工掘進(jìn)，回風(fēng)順槽掘進(jìn)1290m時(shí)，煤層產(chǎn)狀要素在沒(méi)有任何變化的情況下，其左幫上隅角錨桿支護(hù)時(shí)出現(xiàn)孔內(nèi)涌水，單孔涌水量為8m3/h。經(jīng)對(duì)水文資料分析對(duì)比，該巷道位置位于勘探報(bào)告提供的風(fēng)氧化帶邊界下限65米范圍處，無(wú)斷裂等構(gòu)造賦存。為了確保安全生產(chǎn)，杜絕煤礦防治水事故的發(fā)生，對(duì)該巷道疑似積水范圍進(jìn)行了探放水設(shè)計(jì)和施工。

為了分析巷道涌水水源，在距巷道迎頭17.5m處設(shè)計(jì)5號(hào)鉆孔施工28.6m，終孔距三煤頂板垂深6.8米，該孔無(wú)涌水；距迎頭10m處設(shè)計(jì)的6號(hào)孔進(jìn)行施工，在煤層中鉆進(jìn)11m時(shí)出現(xiàn)帶壓力涌水，鉆進(jìn)層位在3煤煤層頂板與3煤交接處，涌水量為25 m3/h，為了進(jìn)一步確定巷道涌水水源及導(dǎo)水因素，對(duì)該鉆孔進(jìn)行加長(zhǎng)施工穿至煤層頂板中粒砂巖中，在14.3m時(shí)出現(xiàn)水壓增大頂鉆情況，進(jìn)行了停鉆放水，實(shí)測(cè)單孔涌水量為56 m3/h，在觀測(cè)涌水期間出現(xiàn)漏砂封孔情況，一小時(shí)后出現(xiàn)二次涌水，涌水量增大且伴有大量泥沙出現(xiàn)，該巷道總涌水量達(dá)到80 m3/h。

3 工作面水源分析及涌水通道分析

從目前6號(hào)鉆孔涌水量來(lái)看，短時(shí)間（24小時(shí)）內(nèi)并無(wú)減小情況，鉆孔內(nèi)水量補(bǔ)給充足，且水中混有以3煤層頂板泥沙顏色為成分的特征明顯，確定為3煤頂板含水層水；從該鉆孔涌水后迎頭10米的錨桿鉆孔涌水量明顯變小這一情況來(lái)看，證明6號(hào)孔與迎頭涌水孔存在著一定水力聯(lián)系，表現(xiàn)為煤巖層裂隙導(dǎo)水情況較為明確；從鉆進(jìn)速度變化及鉆孔堵塞二次涌水情況分析，該裂隙寬度隨涌水時(shí)間逐步變寬且存在漏頂情況，有可能為斷層裂隙破碎帶，不排除斷層水和風(fēng)氧化帶水兩種可能。

為了進(jìn)一步探清巷道前方煤層變化及其水文地質(zhì)情況，在距出水點(diǎn)30米處設(shè)計(jì)疏放水鉆孔3個(gè)如表1，主要探查三煤頂板不同標(biāo)高的巖性及裂隙發(fā)育高度、水力聯(lián)系、充水強(qiáng)度、影響范圍、將迎頭斷面的涌水引流至后巷鉆孔流出，確保迎頭有良好的工作環(huán)境；取芯鉆孔1個(gè)，主要目的是取巷道迎頭前方156米處的煤芯，確定是否為風(fēng)氧化帶，判定其延展長(zhǎng)度及影響范圍，對(duì)取芯煤質(zhì)進(jìn)行分析，進(jìn)一步制定巷道掘進(jìn)支護(hù)措施，明確巷道掘進(jìn)方位。

根據(jù)探查如圖1，F(xiàn)YH9-1鉆孔終孔距離180米，27米穿過(guò)煤層頂板，50-70米時(shí)鉆孔不返水，該處煤層連續(xù)完整，證明煤層頂板裂隙發(fā)育，破碎面積較大，蓄水空間較大，整個(gè)鉆孔涌水量為1m3/h.

FYH9-2終孔距離60米，9米穿煤層頂板，30-60米時(shí)鉆孔涌水量增大至11.3m3/h。

FYH9鉆孔25.5米時(shí)穿煤層頂板，鉆進(jìn)72-103米時(shí)鉆進(jìn)速度快，117米時(shí)，觀測(cè)到FYH9-1涌水量變大至6.5m3/h證明頂板巖石完整性差，且煤層頂板存在裂隙導(dǎo)水。該孔終孔距離為180米，終孔結(jié)束鉆孔涌水量為7m3/h。

QX01為設(shè)計(jì)的取芯孔，是根據(jù)以上三個(gè)鉆孔確定風(fēng)氧化帶設(shè)計(jì)的，根據(jù)設(shè)計(jì)要素74米穿至煤層頂板，煤層除局部地段泥化變軟，大都屬于正常區(qū)域，推斷前面煤層有變下坡趨勢(shì)。

綜上分析：根據(jù)煤層穩(wěn)定性判斷，巷道的涌水不是由斷裂引起，是由煤層頂板裂隙及煤層產(chǎn)生裂隙引起的；根據(jù)煤層及涌水特點(diǎn)確定，該涌水水源為風(fēng)氧化帶含水，風(fēng)氧化帶裂隙對(duì)煤層和頂板起到連通作用，是很好的導(dǎo)水通道；風(fēng)氧化帶水在煤層穩(wěn)定情況下易由煤層差生裂隙導(dǎo)出；煤層一般表現(xiàn)為裂隙發(fā)育，變軟，泥化的特點(diǎn)；風(fēng)氧化帶煤質(zhì)與正常煤層煤質(zhì)變化指標(biāo)較大，有水分增大、灰分增大、發(fā)熱量降低的明顯變化特征如表2；風(fēng)氧化帶煤層變質(zhì)區(qū)域與煤質(zhì)正常區(qū)域賦存明顯的裂隙，并且裂隙具有較強(qiáng)的蓄水和導(dǎo)水能力，很容易在掘進(jìn)中發(fā)生突然涌水情況，該裂隙走向緊跟煤層的煤質(zhì)變化而變化；其寬度約在0.1-0.5m，在煤層中往往會(huì)形成頂板潰砂集聚，造成探放水鉆孔的多次封堵。

4 風(fēng)氧化帶的處理措施

在確定風(fēng)氧化帶的賦存范圍后，加強(qiáng)了該地段抽排水力度，采取集中放水措施；明確風(fēng)氧化帶對(duì)施工影響不大，施工單位在風(fēng)氧化帶揭露段提前加強(qiáng)支護(hù)，以短支短掘的方式穿過(guò)風(fēng)氧化帶賦存區(qū)，保證了設(shè)計(jì)不變，避免了巷道的運(yùn)輸管理環(huán)節(jié)增多情況。

保證工作面的資源量不變，增加了資源回收率。

通過(guò)探放水工程，有效的疏放煤層風(fēng)氧化帶頂板水13000立方米，杜絕了水害對(duì)安全生產(chǎn)的威脅；通過(guò)鉆探資料，有效的掌握了風(fēng)氧化帶的富水規(guī)律及其特點(diǎn)，為以后的防治水工作提供了可靠地地質(zhì)資料，同時(shí)為周邊礦井的基本建設(shè)工作提供了參考依據(jù)。

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