摘 要：文章針對(duì)雙馬煤礦首采工作面水文地質(zhì)條件和工作面開(kāi)采可能受到的水害原因進(jìn)行了分析，結(jié)合周邊礦區(qū)工作面疏放水經(jīng)驗(yàn)，對(duì)首采工作面防治水技術(shù)工作進(jìn)行研究探討，通過(guò)防治水方案的實(shí)施有效解決含水層水對(duì)開(kāi)采的影響，確保了礦井安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：首采工作面；防治水研究；探討

1 礦井概況

雙馬煤礦是寧東煤田馬家灘礦區(qū)新建的三個(gè)礦井之一，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為4.0Mt/a，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為539.81Mt，服務(wù)年限為96.4a。井田內(nèi)可采煤層11層，其中主要可采煤層共6層。根據(jù)開(kāi)拓布置，礦井一期布置3個(gè)井筒，分別為主斜井、副斜井、回風(fēng)斜井，其中主斜井、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)。礦井首采工作面為I0104103工作面。

井田內(nèi)構(gòu)造總體為NNW向，斷裂、褶曲發(fā)育，規(guī)模較大。區(qū)內(nèi)煤層的賦存形態(tài)以周家溝于家梁背斜和長(zhǎng)梁山馬家灘向斜及鴛鴦湖馮記溝背斜為主體構(gòu)造的背向斜相間的構(gòu)造形態(tài)。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要發(fā)育有F9斷層、杜窯溝斷層、李新莊斷層、F1斷層、F2斷層、F5斷層、馬柳斷層等253條斷層。井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造屬中等，局部偏復(fù)雜。I0104103工作面位于鴛鴦湖馮記溝背斜西翼，為單斜構(gòu)造，并且切眼處標(biāo)高低于停采線處標(biāo)高，整個(gè)工作面回采期間為仰采。根據(jù)工作面巷道掘進(jìn)揭露資料，工作面內(nèi)部尚未發(fā)現(xiàn)斷層，工作面西南部存在一條F1逆斷層。

2 礦井水文地質(zhì)條件

雙馬井田含水層組按巖性組合特征及地下水水力性質(zhì)、埋藏條件等，由上而下劃分為以下五個(gè)主要含水層組：第四系孔隙潛水含水層組（Ⅰ）、直羅組砂巖含水層組（Ⅱ）、2～6煤間砂巖含水層組（Ⅲ）、6～18煤間砂巖含水層組（Ⅳ）、18煤以下砂巖含水層組（Ⅴ）。

2.1 第四系孔隙潛水含水層組（Ⅰ）

本含水層組井田內(nèi)廣泛分布，沉積物為松散堆積，厚度0～24m，一般厚7m左右。巖性以風(fēng)積沙為主，多為沙丘或沖積沙土，少量現(xiàn)代河床沖積砂層堆積，地下水主要賦存于風(fēng)積～沖積層。含水層地下水補(bǔ)給以大氣降水為主，部分人工開(kāi)采或沿地層裂隙及風(fēng)化破碎帶補(bǔ)給下伏基巖含水層。

本含水層富水區(qū)主要分布于地形低洼地帶，富水性弱，水位埋深2～30m，涌水量平均為0.06L/s、單位涌水量平均為0.0115L/s、平均滲透系數(shù)為0.057m/d。

2.2 侏羅系中統(tǒng)直羅組下段砂巖裂隙孔隙含水層組（Ⅱ）

本含水層組全井田內(nèi)廣泛分布，屬干旱條件下的河流沉積相。上部為土黃、綠色、綠帶紫斑、紫紅色帶綠斑及紫紅色、磚紅色的粉砂巖、細(xì)粒砂巖為主，夾薄層長(zhǎng)石石英中粒砂巖及泥巖，上覆古近系紅色粘土層，局部與古近系底礫巖直接接觸。中部以灰綠色及灰綠帶紫斑的粉砂巖、細(xì)粒砂巖為主，夾薄層中粒砂巖，富水性中等。下部為淺灰、灰綠色粉砂巖與石英長(zhǎng)石粗、中、細(xì)粒砂巖互層。主要含水段為粗粒含礫長(zhǎng)石石英砂巖（又稱“七里鎮(zhèn)”砂巖），泥、鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度較差，具大型交錯(cuò)層理，局部地段裂隙發(fā)育，鉆探上表現(xiàn)為鉆孔漏水現(xiàn)象。本含水層是影響本井田煤層開(kāi)采的主要含水層。含水層富水性為弱～中等，含水層厚度3.5～290.35m，平均厚度104.34m，其厚度變化規(guī)律表現(xiàn)為長(zhǎng)梁山馬家灘向斜軸部一帶相對(duì)較厚，兩側(cè)周家溝于家梁背斜、鴛鴦湖馮記溝背斜軸部相對(duì)較薄。

2.3 2煤～6煤間砂巖裂隙孔隙承壓含水層組（Ⅲ）

本含水層組主要由三角洲平原相組成，巖性以灰、灰白色粉～細(xì)粒砂巖為主，夾有砂泥巖互層，巖性較致密，鈣、泥質(zhì)膠結(jié)，顆粒支撐。含水層厚度2.76～188.35m，平均厚度59.06m。根據(jù)含水層富水性、巖性組合特征及埋藏條件等，可劃為上段（2煤～4煤之間）、下段（4煤～6煤之間）。平面上該含水層富水性西北部較強(qiáng)，東南部富水性弱，地下水由西向東逕流，東部地下水由南北向中部逕流。

2.4 6煤～18煤間砂巖裂隙孔隙承壓含水層組（Ⅳ）

本含水層組由三角洲平原相和河流沖積平原相組成。含水層厚度6.44～192.40m，平均厚度60.39m。其中6煤～12煤間含水層厚度相對(duì)較小，厚度6.8～77.59m，平均厚度28.67m；12煤～18煤間含水層厚度較大，巖性以灰、深灰色中、粗砂巖為主，分選性、滲透性中等，局部地段裂隙發(fā)育，厚度8.56～155.50m，平均厚度31.72m。平面上該含水層富水性西北部和東南部較強(qiáng)，中部富水性弱，地下水由西向東逕流，東部地下水由南向中部逕流。

2.5 18煤以下至底部分界線砂巖含水層組（Ⅴ）

本含水層組主要為河流體系的沖積平原相，整體呈現(xiàn)下粗上細(xì)的沉積特點(diǎn)。巖性特征表現(xiàn)為下部以灰白色砂巖為主（寶塔山砂巖），夾粉砂、泥巖，含水層厚度0.49～70.23m，平均厚度34.79m，具大、中槽狀、板狀交錯(cuò)層理。平面上該含水層富水性中南部較強(qiáng)，西部富水性弱，地下水由南向北逕流。

2.6 隔水層

雙馬井田侏羅系為陸相地層，巖性、巖相變化較大，垂向上具明顯的沉積旋徊特征，巖性多為中細(xì)砂巖與粉砂巖、泥巖互層，特別是煤系地層各旋徊上部多由泥巖、粉砂巖或砂泥巖互層組成，巖性致密，和煤層本身形成良好的隔水層。較為穩(wěn)定的隔水層有：直羅組底部砂巖含水層頂板的粉砂巖、泥巖為主的隔水層，各主要煤層及其頂?shù)装迥鄮r、粉砂巖組成的隔水層。

3 礦井水害類型分析

根據(jù)《雙馬煤礦勘探地質(zhì)報(bào)告》，首采工作面開(kāi)采煤層為侏羅系延安組上部4-1煤，其直接頂板延安組地層，由三角洲平原相組成，巖性以灰、灰白色粉～細(xì)粒砂巖為主，夾有砂泥巖互層，巖性較致密，鈣、泥質(zhì)膠結(jié)，顆粒支撐，局部含水，4-1煤距直羅組含水層36.58～59.51m，平均49.50m；I0104103工作面上覆直羅組砂巖含水層厚度8.70～57.52m，平均厚度28.74m，厚度變化較大，總體分布規(guī)律為工作面南北兩翼厚，中部薄，處于4-1煤導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育范圍之內(nèi)。本礦4-1煤開(kāi)采主要充水水源來(lái)自煤層頂板直羅組下段粗砂巖（“七里鎮(zhèn)”砂巖）含水層。

工作面涌水量預(yù)測(cè)：工作面采后總涌水量Q（m3）由靜儲(chǔ)量Qj（m3）和動(dòng)儲(chǔ)量（動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量）Qd（m3）兩部分組成。

Q=Qj+Qd

對(duì)首采工作面回采300m范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量預(yù)測(cè)，采用直羅組底部含水層和4-1煤頂板以上延安組含水層混合抽水試驗(yàn)所得水文地質(zhì)參數(shù)，計(jì)算對(duì)首采工作面回采300m范圍后的動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量，計(jì)算的正常涌水量為187.51m3/h，最大涌水量為237.39m3/h。

當(dāng)4-1煤回采過(guò)程中，頂板含水層靜儲(chǔ)量水進(jìn)入礦井。根據(jù)4-1煤I0104103工作面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，含水層疏水面積總計(jì)687600m2，含水層厚度直羅組底部60.64m，延安組4-1煤以上25.73m，通過(guò)計(jì)算，雙馬煤礦I0104103工作面4-1煤以上含水層的靜儲(chǔ)量為：2055332m3。對(duì)I0104103工作面300m范圍內(nèi)頂板直羅組底部砂巖含水層和4-1煤頂板延安組含水層的總靜儲(chǔ)量、頂板初次來(lái)壓步距（按60m考慮）范圍內(nèi)以及周期來(lái)壓步距范圍內(nèi)含水層的靜儲(chǔ)量進(jìn)行估算。工作面前300m范圍內(nèi)靜儲(chǔ)量為：378874.54m3。

4 礦井首采工作面防治水技術(shù)

4.1 I0104103工作面防治水目的和任務(wù)

I0104103工作面回采的4-1煤頂板距離直羅組粗砂巖含水層36.58～55.99m，平均49.50m，包括2～4煤間延安組含水層和部分隔水層，巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，夾有泥砂巖互層，間夾3-2煤和煤線，巖性較致密，鈣、泥質(zhì)膠結(jié)，顆粒支撐。2～4煤間含水層位于I0104103工作面的導(dǎo)水裂隙帶影響范圍之內(nèi)，是工作面開(kāi)采的直接充水含水層。

對(duì)2～4煤間延安組含水層和直羅組下段粗砂巖含水層進(jìn)行提前疏放，減小采后周期性冒落引起的峰值涌水量，實(shí)現(xiàn)“消峰平谷”，對(duì)I0104103工作面通過(guò)施工頂板水探放鉆孔對(duì)煤層頂板的砂巖水進(jìn)行疏放，以保證工作面在回采期間，頂板水不會(huì)對(duì)工作面對(duì)安全生產(chǎn)造成較大的威脅。

4.2 I0104103工作面鉆孔布置

對(duì)于首采工作面，由于水文地質(zhì)條件掌握程度不夠，鉆孔布置的主要目的是疏放4-1煤頂板延安組與直羅組含水層中的靜儲(chǔ)量，降低頂板水水壓，疏放水鉆孔施工的目的層為直羅組粗砂巖含水層頂部，在對(duì)直羅組粗砂巖含水層水疏放的同時(shí)，也對(duì)4-1煤頂板延安組含水層進(jìn)行疏放。

由于雙馬煤礦未開(kāi)展過(guò)煤層頂板水疏放工程，缺少疏放水經(jīng)驗(yàn)，為了更好的開(kāi)展工作面超前預(yù)疏放頂板水工作，將I0104103工作面距離切眼300m范圍內(nèi)作為頂板水疏放試驗(yàn)段，根據(jù)試驗(yàn)段疏放水情況及效果，對(duì)未來(lái)疏放水鉆孔參數(shù)的優(yōu)化提供依據(jù)。

煤層頂板水疏放試驗(yàn)段內(nèi)（前300m）在風(fēng)巷和機(jī)巷每隔100m設(shè)置一個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)4個(gè)鉆孔，均為上仰孔，終孔層位為直羅組下段粗砂巖含水層頂板；全面疏放水區(qū)域在風(fēng)巷和機(jī)巷每隔100m設(shè)置一個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)3個(gè)鉆孔，均為上仰孔，終孔層位為直羅組下段粗砂巖含水層頂板。

各鉆場(chǎng)鉆孔深度、仰角、方位角、孔口管長(zhǎng)度根據(jù)鉆場(chǎng)進(jìn)行布置。

機(jī)巷共計(jì)12個(gè)鉆場(chǎng)，37個(gè)鉆孔，鉆孔總長(zhǎng)5800m；風(fēng)巷9個(gè)鉆場(chǎng)，25個(gè)鉆孔，鉆孔總長(zhǎng)3849m；切眼2個(gè)鉆場(chǎng)，10個(gè)鉆孔，鉆孔總長(zhǎng)1605m。合計(jì)72個(gè)鉆孔，鉆孔總長(zhǎng)11252m。

4.3 離層水探放

臨近礦區(qū)紅柳煤礦2煤開(kāi)采礦井充水水源同樣來(lái)自其頂板侏羅系直羅組底部粗砂巖裂隙孔隙含水層。該礦工作面發(fā)生多次突水，經(jīng)分析認(rèn)為造成這幾次較大突水的水源為頂板離層水。鑒于雙馬煤礦I0104103首采工作面頂板巖性組合與紅柳煤礦相似，在延安組或者直羅組粗砂巖含水層中也出現(xiàn)了夾層隔水層，為了避免類似紅柳煤礦離層水害的發(fā)生，考慮在I0104103工作面布置離層水鉆孔。

結(jié)合臨近礦離層水疏放經(jīng)驗(yàn)分析，I0104103工作面離層水在距離切眼30～40m左右產(chǎn)生的可能性較大。因此I0104103工作面離層水的形成位置初步預(yù)計(jì)在距離機(jī)巷30～60m，距離切眼30～40m左右的區(qū)域。離層水探放鉆孔要穿透直羅組底部粗砂巖含水層中夾層泥巖（或者隔水層）的頂部5m左右；平面上，最低點(diǎn)位置據(jù)機(jī)巷煤幫約30～60m范圍。因此將離層水探放鉆孔布置在穿過(guò)離層最低處。

鉆孔施工時(shí)間一定要嚴(yán)格控制，施工時(shí)間不宜過(guò)早，否則離層空間尚未形成，如果施工時(shí)間過(guò)晚，不能在老頂垮落之前施工完畢，離層水會(huì)隨著老頂垮落進(jìn)入巷道，造成水害事故。建議在工作面回采之前可以先施工好止水套管，固管完畢等待工作面即將回采至離層水發(fā)育位置開(kāi)始繼續(xù)施工鉆孔，具體施工時(shí)間可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。

4.4 老空水防治

I0104103工作面為仰采方式開(kāi)采，因此采空區(qū)成為匯水區(qū)域，為了及時(shí)將采空區(qū)水經(jīng)過(guò)聯(lián)絡(luò)巷排至I01采區(qū)邊界泄水巷，主要采取以下措施：

4.4.1 保障采空區(qū)、聯(lián)絡(luò)巷至I01采區(qū)邊界泄水巷暢通，可以采用在切眼位置處的聯(lián)絡(luò)巷搭木垛或者其他方法，避免煤層頂板垮落后堵塞排水通路，同時(shí)密切觀測(cè)采空區(qū)水量的變化情況。

4.4.2 在I01采區(qū)邊界泄水巷設(shè)置一個(gè)鉆場(chǎng)，向采空區(qū)施工3個(gè)泄水鉆孔，避免聯(lián)絡(luò)巷由于堵塞或者塌陷造成排水路線不暢，而使得采空區(qū)水位不斷升高。鉆孔布置以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)確孔鉆孔位置、鉆孔開(kāi)孔和終孔坐標(biāo)及其它參數(shù)。

4.4.3 在機(jī)巷與采空區(qū)交界區(qū)域設(shè)置臨時(shí)排水系統(tǒng)，將聯(lián)絡(luò)巷或者泄水鉆孔不能及時(shí)排走的采空區(qū)水通過(guò)臨時(shí)排水系統(tǒng)的水泵和管路沿I0104103工作面機(jī)巷排至臨時(shí)水倉(cāng)內(nèi)，然后通過(guò)經(jīng)過(guò)井底甲水倉(cāng)排至地表。

4.5 觀測(cè)內(nèi)容和要求

為了使得工作面回采過(guò)程受到的水害威脅降到最低，并為后續(xù)防治水措施和開(kāi)采方式的優(yōu)化提供必要的資料和參考，需要在回采過(guò)程對(duì)下列內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)密觀測(cè)：（1）回采過(guò)程離層疏放鉆孔水量觀測(cè)；（2）提前預(yù)疏放鉆孔水量、水壓觀測(cè)；（3）采空區(qū)涌水量觀測(cè)；（4）頂板淋水變化異?，F(xiàn)象觀測(cè)；（5）礦壓觀測(cè)，掌握工作面初次來(lái)壓、周期來(lái)壓步距。

5 結(jié)束語(yǔ)

I0104103工作面試驗(yàn)段共施工的34個(gè)鉆孔，通過(guò)近5個(gè)月的疏放，共計(jì)疏放水量79.11萬(wàn)立方米，試驗(yàn)段頂板含水層靜儲(chǔ)量約為37.89萬(wàn)立方米，從累計(jì)疏放水量和靜儲(chǔ)量的關(guān)系上分析，煤層頂板直羅組下段粗砂巖含水層和2～4煤間延安組含水層水得到了有效的疏放?，F(xiàn)階段頂板疏放鉆孔殘余總水量為243.5m3/h，試驗(yàn)段的正常動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量為187.91m3/h，最大動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量為237.39m3/h，所有鉆孔殘余總水量基本接近動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量，靜儲(chǔ)量已經(jīng)得到了有效疏放，達(dá)到了頂板水疏放的目的，從最大程度上降低了頂板砂巖水對(duì)工作面安全回采所構(gòu)成的威脅。

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作者簡(jiǎn)介：張學(xué)明（1965-），男，寧夏銀川人，工程師，神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司雙馬煤礦籌建處生產(chǎn)副處長(zhǎng)。