王崇欣 郭振橋 楊 博

（河南大有能源義煤集團 新安煤礦，河南 洛陽 471842）

1 帶壓開采評價工作現(xiàn)狀

自20 世紀80年代以來，淄博、焦作、永城、峰峰等煤田應(yīng)用帶壓開采技術(shù)在解放受水害威脅的煤炭資源方面發(fā)揮了重要的作用。義煤集團新安煤田，在小浪底庫區(qū)蓄水改變奧灰含水層動力條件的情況下，為了實現(xiàn)礦井的可持續(xù)發(fā)展，深部煤炭資源安全開發(fā)已經(jīng)提到重要的議事日程上來，作為煤礦水害防治技術(shù)重要發(fā)展方向和深部煤炭資源技術(shù)支撐的帶壓開采評價技術(shù)面臨新的發(fā)展機遇和嚴峻挑戰(zhàn)。

目前，由于各礦區(qū)底板水害影響程度不同，煤炭企業(yè)軟硬條件配置差異較大，對帶壓開采安全評價問題尚無法形成統(tǒng)一和明確的規(guī)范。近兩年義煤常村礦推行了安全指數(shù)評價系統(tǒng)，促進了底板水害隱患的動態(tài)排查治理； 義煤集團公司安全評價體系及技術(shù)論證，重點從月度周期上對防治奧灰水進行了督促指導(dǎo)；永煤公司等大型煤炭企業(yè)已相繼建立了自己的評價體系，較早摸索了防治底板太灰水的管理經(jīng)驗； 西安煤科院靳德武教授2005年發(fā)表了論文《帶（水）壓開采安全評價技術(shù)及其發(fā)展方向》，對全國煤炭行業(yè)中長期帶壓開采的安全評價工作進行了系統(tǒng)勾繪。作為新安井田投產(chǎn)最早的礦井，新安煤礦對12181 孤島工作面帶水壓開采進行了防治水效果動態(tài)評價，對本井田水體下采煤以及條件類似的礦井防治水工作具有借鑒價值。

2 工作面水文地質(zhì)條件

表1 二1 煤層底板巖層概況

新安煤礦主采二1 煤，礦井位于新安向斜北翼，為一平緩的單斜構(gòu)造，地層傾向南東，傾角9～11°。12181 工作面位于12 采區(qū)下山西翼中部，走向長壁布置，上鄰12161 工作面（未圈定），下鄰12201 采空區(qū)；西鄰12、14 采區(qū)下山隔離煤柱，東鄰12 軌道下山保護煤柱。工作面地表無村莊及水體，地面標高平均+470m，工作面標高平均-1m，平均埋深471m，工作面切眼至停采線間面積71 896m2，平均5m，容重1.45t/m3，工業(yè)儲量521 246t，回采率取93%，可采儲量484 759t。該工作面水文地質(zhì)條件極復(fù)雜，直接充水水源為頂板砂巖裂隙水，間接充水的底板奧陶系灰?guī)r承壓含水層對煤炭開采造成潛在危害。

奧灰距二 1 煤層底界43.77～74.50m，一般為53.76m，其中有兩層主要隔水層阻止地下水進入礦井，屬具有突水威脅的間接充水含水層。

12181 回風(fēng)巷掘進期間揭露一條頂板正斷層 （落差1.2m，傾角52°，無淋滲水），且上鄰的12161 工作面回風(fēng)巷（傾向相距115m）掘進期間，曾揭露底板小斷層而導(dǎo)通奧灰水，突水量達4 250m3/h，造成淹井事故。淹井后，對突水點進行了注漿堵水，1996年4月開始排水復(fù)礦，1996年8月恢復(fù)生產(chǎn)，其上鄰的12141 的剩余塊段未再回采。

圖1 12181 工作面四鄰關(guān)系示意圖

2011年以來小浪底庫區(qū)高位蓄水，抬升了區(qū)域奧灰含水層的補給水頭，進一步增加了奧灰突水概率。綜合來看，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，斷層附近破碎帶發(fā)育，孤島工作面礦壓顯現(xiàn)，底板隱伏導(dǎo)水通道將嚴重影響該面帶壓開采。

3 采前評價

3.1 瞬變電磁初探

12181 工作面貫通后，對兩巷及切眼進行了底板瞬變電磁勘探，共完成測線8 條，總長4 040m，物理點405 個，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量良好。

本次瞬變電磁勘探共發(fā)現(xiàn)1 個疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)（回風(fēng)巷聯(lián)口向里240～290m 范圍）和1 個重度低阻異常區(qū)（運輸巷聯(lián)口向里300～360m 范圍）。

圖2 回風(fēng)巷疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)

圖3 運輸巷重度低阻異常區(qū)

回風(fēng)巷疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)： 頂界面局部已接近煤層底板20m 以淺，視電阻率值較低，呈現(xiàn)低阻異常。分析此處疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，在奧灰水高壓作用下，向上可能有一定程度導(dǎo)升，存在奧灰突水風(fēng)險。

運輸巷重度低阻異常區(qū)： 處于二1 煤層底板下50m 以深，其視電阻率值低。分析此處異常區(qū)位于奧灰層位，該區(qū)域巖溶裂隙較發(fā)育，可能富水性強。

3.2 鉆探查異及注漿加固

針對上述兩處瞬變電磁異常區(qū)，設(shè)計施工了兩組共6 個底板鉆孔，鉆探查明了運輸巷異常區(qū)底板承壓水導(dǎo)升裂隙已發(fā)育至太原組L4 灰?guī)r層位，局部突水系數(shù)達0.08Mpa/m，遇有隱伏斷裂構(gòu)造，具有突水危險性；鉆探查明回風(fēng)巷異常區(qū)底板鋁土質(zhì)泥巖隔水層不存在導(dǎo)水通道，局部突水系數(shù)最大0.042Mpa/m，屬帶壓開采安全塊段。

表2 12181 工作面采前鉆孔成果表

從鉆孔成果數(shù)據(jù)來看，工作面底板注漿加固可使該隔水層有效厚度達到50m，則隔水層承受水壓最大2.6Mpa，突水系數(shù)最大0.052Mpa/m，可以達到帶壓開采的安全條件。異常區(qū)經(jīng)兩個鉆孔注漿加固后，中間最后施工的鉆孔涌水量相對減少，說明漿液對導(dǎo)水裂隙進行了有效的擴散充填。

圖4 12181 工作面鉆探查異鉆孔平面成果圖

3.3 復(fù)查評價

12181 工作面底板注漿加固結(jié)束后，對兩巷進行了底板瞬變電磁復(fù)查，共完成測線4 條，總長2 400m，物理點241 個，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量良好。

本次瞬變電磁勘探成果顯示探測區(qū)域巖層視電阻值普遍較高，未見明顯低阻異常區(qū)域。

圖5 回風(fēng)巷復(fù)查剖面成果圖

圖6 運輸巷復(fù)查剖面成果圖

4 采中查異

4.1 瞬變電磁復(fù)探

12181 工作面回采了200m 時，又對兩巷進行了底板瞬變電磁復(fù)查，完成測線2 條，物理點82 個，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量良好。發(fā)現(xiàn)運輸巷聯(lián)口向里200～240m 范圍存在1 處異常區(qū)。為疑似奧灰水導(dǎo)升區(qū)，上下聯(lián)通性較好，且異常區(qū)頂界面已接近或達到20m 以淺，視電阻率值偏低，呈現(xiàn)高度低阻異常。分析此處異常區(qū)在奧灰高水壓作用下，奧灰水向上可能有一定程度導(dǎo)升，存在奧灰突水風(fēng)險。

圖7 12181 運輸巷底板垂探剖面成果圖

圖8 12181 運輸巷底板內(nèi)幫45°探測剖面成果圖

4.2 鉆探查異及注漿加固

針對運輸巷新發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)，施工了3 個鉆孔，驗證了異常區(qū)存在奧灰水導(dǎo)升，并具有突水危險性。經(jīng)過前兩個鉆孔注漿加固，9# 鉆孔僅在奧灰頂界面附近揭露少量滲水，表明該異常區(qū)注漿效果明顯，突水危險性已得到有效消減。

表3 采中鉆孔成果表

5 收尾階段

12181 回采至皮帶巷口以里377m 時，發(fā)現(xiàn)回風(fēng)巷聯(lián)口以里80m 處底板滲水約0.1m3/h，且巷道壓力越發(fā)顯現(xiàn)，底鼓150mm。于是采取了停產(chǎn)打鉆措施，10# 鉆探揭露承壓水導(dǎo)升裂隙發(fā)育至L7 灰?guī)r層位，涌水量相對較大，計算該段底板突水系數(shù)達0.124Mpa/m，超過安全值，具備了突水危險性。

方位（°）俯角（°）孔深（m）見水孔深（m）見水垂深（m）涌水量(m3/h）水壓（Mpa）注漿量(t) 注漿終壓（Mpa）214 39.5 94.3 27 17 8 48 30.5 6 50 31.8 5 94 59.8 14 1.9 70 10

鑒于12181 工作面已回采形成孤島煤柱，長期停產(chǎn)治理容易造成應(yīng)力失穩(wěn)破壞底板，不能維持底板注漿加固效果；相鄰的12161 上巷突水點附近仍可能存在奧灰強徑流條帶，且綜合考慮安全成本、打鉆注漿成本，決定提前停產(chǎn)回撤。

6 后續(xù)工作

由于該采區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，12181 工作面回撤后仍要加強水情監(jiān)測，每周定期觀測密閉墻放水管流量，防范滯后突水。

12181 運輸巷聯(lián)絡(luò)巷段巷道低洼，為節(jié)省排水投入，建議在此低洼段向12 采區(qū)下山軌道巷施工俯角泄水孔，從而實現(xiàn)老空水自流排放。

底板奧灰承壓水對孤島工作面是威脅，但對礦井供水則是寶貴資源。在12 采區(qū)擇址施工疏水降壓鉆孔，必將進一步消減采區(qū)滯后底板突水風(fēng)險，也將變害為寶、彌補礦井經(jīng)濟效益。

同時，為確保萬無一失，仍需在12 采區(qū)增設(shè)水害防范備災(zāi)物資，包括備用水泵、排水管路等。

7 結(jié)語

通過對12181 孤島工作面進行動態(tài)的水害治理與評價，有效解放了28 萬噸煤炭資源，確保了職工生命安全，避免了礦井財產(chǎn)損失。同時，獲得了大量水文地質(zhì)參數(shù)，實踐創(chuàng)新了施工工藝，為以后帶壓開采動態(tài)評價工作積累了寶貴經(jīng)驗。

[1]張民慶等.注漿效果檢查評定技術(shù)與應(yīng)用實例[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，第25 卷增2.

[2]靳德武等.帶（水）壓開采安全評價技術(shù)及其發(fā)展方向[J].煤田地質(zhì)與勘探，2005，第33 卷增刊.