蔣世杰，裴道奇

（徐州礦務(wù)集團 生產(chǎn)技術(shù)部，江蘇 徐州221006）

張雙樓煤礦－500m水平西三、西四采區(qū)位于井田西翼西風(fēng)井兩側(cè)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，1997年4月19日西風(fēng)井掘進曾發(fā)生突水，最大突水量為1631m3／h，造成西風(fēng)井淹井。主要原因是受巷道臨近的F15斷層附近次一級構(gòu)造影響，減小了9煤底板與四灰之間的有效隔水層厚度，致使高壓四灰水突出。張雙樓煤礦為緩解礦井采區(qū)接續(xù)緊張、礦井向深部延深加快安全生產(chǎn)難度大的不利局面，決定開采西三、西四采區(qū)，并對該區(qū)域的防治水工作進行了分析，采取了相應(yīng)對策，取得了較好效果。

1 水文地質(zhì)條件

張雙樓井田走向長13.5km，傾向長2.6km，位于豐沛復(fù)背斜的北翼，基本上為單斜構(gòu)造。井田東為張雙樓—徐莊斷層，西為鴛樓斷層，北為三河尖—姚橋斷層的南下降盤，南為基巖地層隱伏露頭。井田內(nèi)斷層、陷落柱發(fā)育，地質(zhì)勘探揭露大中型斷層21條，井下巷道揭露陷落柱2個，地震勘探探測8個。近EW向F9和NE向F11斷層將井田劃分為3個水文地質(zhì)單元，F(xiàn)9斷層以南、F11斷層以東為一單元，水文地質(zhì)條件中等，F(xiàn)9斷層以南、F11斷層以西為二單元，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，F(xiàn)9斷層以北深部地區(qū)為三單元，水文地質(zhì)條件簡單。西三、西四采區(qū)采位于二單元，斷裂構(gòu)造與陷落柱發(fā)育，影響7、9煤開采的主要水害因素是導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)頂板砂巖水，第四系底礫層、下石盒子組分界砂巖、太原組四灰及奧灰等則是間接充水水源。奧灰含水層在井田南部有14km2的隱伏露頭區(qū)，水位高、水壓大，含水量豐富，通過底礫層、基巖風(fēng)化帶、構(gòu)造破碎帶和陷落柱等向礦井補給，是礦井地下水的總補給水源。7、9煤頂、底板巖性特征見圖1。

圖1 7、9煤地層綜合柱狀

多年開采實踐證明，西三、西四采區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，10個陷落柱主要集中在西三、西四采區(qū)內(nèi)，其中在井下山西組地層巷道揭露2個陷落柱，周邊有出水現(xiàn)象。由于遇到陷落柱能及時采取有效的措施，保證了礦井的安全生產(chǎn)，因此，9煤開采時陷落柱有導(dǎo)通奧灰水的可能，存在突水危險。

2 西三、西四采區(qū)煤層開采防治水對策

2.1 井下疏放水孔放水

為了保證西三、西四采區(qū)開拓與工作面的安全回采，防止底板四灰突水，從1998年7月起對西三、西四采區(qū)的太原組進行疏水降壓（見圖2）。

1998年7月21日～11月7日，在西三采區(qū)1號放水巷迎頭施工3個平孔，均達到目的層四灰，工程量275m，最大涌水量170m3／h，正常涌水量80m3／h；1999年2月～1999年4月施工2號放水巷，巷道長128m，迎頭見陷落柱，右肩窩有一出水點，水量11.3m3／h，因擔(dān)心陷落柱突水而停頭。1999年12月12日，在陷落柱外段放水巷附近施工了2個立孔，均揭露四灰，工程量140m，最大涌水量70m3／h，正常涌水量40m3／h。

圖2 西三、西四采區(qū)鉆孔布置

從1998年8月第一個孔出水到2008年底，西四采區(qū)四灰總放水量6.25Mm3，水26孔四灰水位已降至－79 m，下降39m，水6孔水位降至－150m，下降70m。

為進一步加快西三、西四采區(qū)四灰水的疏放速度，2006年8月～2008年1月22日先后在西四采區(qū)－290m回風(fēng)道、－376m車場、西四－500m放水巷，共3個水平施工6組18個孔，總工程量為1861m，到2008年3個水平放水鉆孔總涌水量為490m3／h。－376m車場放水鉆孔水壓已經(jīng)降至1MPa，－290m水平東西兩翼各有一組放水鉆孔已基本不再出水，四灰水位明顯下降。自2006年8月西四實施放水以來到2008年12月底，總放水量為7.65Mm3。

隨著礦井產(chǎn)量提高、采掘速度加快，進入2009年后采掘頭面向西三、西四采區(qū)轉(zhuǎn)移，為進一步加快該區(qū)域四灰水的疏放速度，在西三－290m回風(fēng)巷施工立孔2個，工程量146m，最大涌水量185m3／h、－500m變電所施工1個鉆孔，工程量126.9m，最大涌水量134m3／h。放水鉆孔出水后，地面水6四灰觀測孔至2009年8月已經(jīng)觀測不到水位，地面水20四灰觀測孔至2009年12月已經(jīng)觀測不到水位，保證了－500m水平西三、西四采區(qū)9802、9602工作面的安全帶壓回采。

通過加大疏放四灰水力度，至2010年6月底，西四采區(qū)－438m車場四灰放水鉆孔水壓0.6MPa，西三軌道上山二平臺四灰放水鉆孔水壓1.1MPa，水頭壓力均在該兩采區(qū)安全帶壓開采允許值以內(nèi)。截止到2010年6月底，西三、西四采區(qū)累計放水18.934Mm3。9煤底板四灰水位從－79m，到2010年6月底下降至－320m，累計水位降幅241m，水位疏降速度為78500m3／m。

2.2 地面物探進行水文地質(zhì)普查

2008年12月～2009年1月，采用地面瞬變電磁法對西三、西四采區(qū)水文地質(zhì)情況進行了補充勘探，基本測網(wǎng)點2270個、加密點1030個、檢查點188個，總面積達3.08 km2。通過探查得出：第四系底礫層段普遍含水，但南部相對較強，而北部相對較弱；7、9煤頂板砂巖層段低阻異常范圍較大，而十二灰和奧灰附近的富水范圍較小。即從上往下異常幅度逐漸減弱、異常邊界往南位移。

從異常性質(zhì)上來看主要異常條帶在隱伏露頭附近沿地層走向展布，異常邊界自淺往深向南退，異常條帶明顯近南北向延伸，進一步證明各主要含水層隱伏露頭附近裂隙發(fā)育并通過隱伏露頭風(fēng)化帶接受奧灰水的補給，查明了西三、西四采區(qū)水文地質(zhì)條件，為采區(qū)的開拓、工作面回采的防治水提供了技術(shù)依據(jù)。

2.3 井下物探超前、鉆探驗證

根據(jù)地面物探資料，為了保證掘進安全，防止盲目進入富水帶或?qū)严稁В魉牟蓞^(qū)9802工作面在2008年掘進時，在井下采用直流電法超前探測技術(shù)，一次超前探測80m，在探測范圍內(nèi)如果無異常區(qū)，一次可掘進60m，再進行探測的方法，依次循環(huán)，如發(fā)現(xiàn)異常段則留足安全距離后進行鉆探（見圖3），保證了9602工作面掘進時的安全。

圖3 直流電法超前探測成果

在9802工作面回采前采用礦井瞬變電磁法探測技術(shù)，對頂?shù)装?、工作面?nèi)異常區(qū)進行水文鉆探驗證，疏放了頂板砂巖水及底板四灰水，將底板四灰水頭值控制在安全值以下，保證了工作面的正常回采。

在9802工作面取得成功經(jīng)驗后，西三、西四采區(qū)先后成功開采了9602、9604、9606、9804等工作面，通過井下物探、鉆探查出了9606工作的陷落柱以及9804邊緣9806工作內(nèi)陷落柱的導(dǎo)水性，保證了西三、西四采區(qū)各工作面安全生產(chǎn)。

2.4 加強底板突水機理研究

結(jié)合主產(chǎn)實際積極開展有關(guān)底板突水機理研究，從影響突水的因素—水源（水量、水壓）、地質(zhì)構(gòu)造、隔水層強度、采礦活動及地應(yīng)力等方面著手，根據(jù)“下三帶”的理論，開展礦井防治水工作。

張雙樓煤礦9煤開采時，底板實際隔水層厚度只有22 m，參照有關(guān)規(guī)范以及一些礦井防止底板突水方面的經(jīng)驗資料，以及張雙樓煤歷年開采資料研究，9煤開采時底板太原組4灰安全水壓應(yīng)該控制在1.54MPa以下，符合《煤礦安全規(guī)程》第二百七十條規(guī)定的要求。

3 結(jié)語

多年開采實踐證明，張雙樓煤礦山西組7、9煤的開采受底板四灰高壓水威脅，西三、西四采區(qū)斷層、陷落柱多構(gòu)造復(fù)雜，有導(dǎo)通奧陶系灰?guī)r水的可能，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，但通過影響工作面回采的水害因素分析研究，采取了井下疏放水降壓、將水壓控制在安全水頭值以下，以及地面物探、井下物探鉆探、底板突水機理研究、加強底板監(jiān)測等手段，先后安全有效地開采了－500m水平西三、西四采區(qū)9802、9804、9602、9604、9606等多個工作面，不但技術(shù)可行、經(jīng)濟合理，而且保證了礦井的正常接續(xù)，提高了礦井的經(jīng)濟效益，對類似水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井防治水工作有借鑒作用。