勾永全

（太原理工大學(xué) 山西太原 030024）

塔山礦石炭系3-5#特厚煤層8228工作面位于二盤區(qū)西南部，工作面所處區(qū)域構(gòu)造簡(jiǎn)單，呈NE走向、SE傾斜的一個(gè)大型的單斜構(gòu)造為東南高、北西低的單斜構(gòu)造，小型正斷層較為發(fā)育，落差0.4 m～10.1 m之間。工作面周邊及上覆為實(shí)體地層，無采空區(qū)及其它較大含水體。工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3 101 m，傾向230.5 m。煤層厚度14.29 m～24.38 m，平均19.18 m，煤層傾角1-3°。巷道掘進(jìn)區(qū)域標(biāo)高973 m，奧灰水初始水位1 074.25 m，位于帶壓開采區(qū)，底板隔水層厚度80 m，底板突水系數(shù)為0.02 Mpa∕m。

5228巷在掘進(jìn)至2 062 m處、2228巷在掘進(jìn)至2 060 m，巷道均出現(xiàn)不同程度的頂板淋水、煤壁滲水、底板涌水等現(xiàn)象，且隨著巷道的掘進(jìn)逐漸增大，至2016年10月31日，5228巷增大至107.6 m3∕h，2228巷已增至最大270 m3∕h左右，水溫28℃～30℃，巷道部分被淹，工作面被迫停掘排水，工作面剩余1 040 m無法掘進(jìn)，截止2017年12月，累計(jì)排水140萬m3。

1 井下物探研究

直流電法勘探是以煤、巖層的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過人工向地下供入穩(wěn)定電流，觀測(cè)大地電流場(chǎng)變化規(guī)律，從而確定巖、礦體物性(如貧、富水區(qū)域)的頒布規(guī)律或地質(zhì)構(gòu)造(如斷層、裂隙發(fā)育區(qū))的特征。

瑞雷波是一種面波，它在介質(zhì)的自由界面附近傳播，其形成和傳播與介質(zhì)的物理特性有關(guān)，瑞雷波法是利用瑞雷波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和動(dòng)力性特征來進(jìn)行工程地質(zhì)檢測(cè)的物探方法。

瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間，利用線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法。通過測(cè)量斷電后各個(gè)時(shí)間段的二次場(chǎng)隨時(shí)間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。

音頻電透視是利用地下各種巖（礦）石之間存在的導(dǎo)電差異觀測(cè)人工場(chǎng)源的分布規(guī)律來解決地質(zhì)問題的方法[1-4]。

針對(duì)2228、5228巷道奧灰水涌水區(qū)域，塔山礦利用直流電法、瑞雷波和瞬變電磁法對(duì)5228順槽前方段進(jìn)行了井下探測(cè)；并利用音頻電透視和直流電測(cè)深對(duì)工作面300 m區(qū)段進(jìn)行了探測(cè)。

探測(cè)結(jié)果顯示：8228工作面底板下兩層段均發(fā)現(xiàn)2處低阻異常區(qū)域：2228巷1號(hào)異常區(qū)域位于2228巷里程2 200 m～2 080 m，異常形態(tài)呈傾斜狀，沿掘進(jìn)方向向深部延伸；5228巷1號(hào)異常區(qū)域位于5228巷里程2 240 m～2 140 m，異常向掘進(jìn)方向延伸，見圖1。

圖1 2228、5228巷工作面直流電測(cè)深法探測(cè)成果

2 地面三維地震探查研究

三維地震是在地面上布置一條條的測(cè)線，沿各條測(cè)線進(jìn)行地震勘探施工，采集地下地層反射回地面的地震波信息，然后經(jīng)過電子計(jì)算機(jī)處理得出一張張地震剖面圖的探測(cè)方法。

為下一步治理奧灰水提供地質(zhì)依據(jù)，塔山礦針對(duì)涌水區(qū)域進(jìn)行了地面三維地震探測(cè)，探測(cè)結(jié)果如下：

2228巷道和5228巷道迎頭前方構(gòu)造復(fù)雜，3-5#和8#煤層反射波變化明顯，經(jīng)過分析可能存在DF1、DF2、DF3三條斷層和1個(gè)疑似陷落柱的構(gòu)造交匯區(qū)，如圖2所示。

圖2 地震時(shí)間剖面圖（DF1、DF2、XLZ交匯區(qū)）

①DF1：正斷層，走向北東，傾向北西，傾角變化范圍為8°～21°，在區(qū)內(nèi)錯(cuò)斷3-5#煤、8#煤，落差0～35 m，區(qū)內(nèi)延展長(zhǎng)度分別為1 345 m、1 345 m。

②DF2：逆斷層，走向北東，傾向北西，傾角變化范圍為6°～10°，在區(qū)內(nèi)錯(cuò)斷3-5煤、8煤，落差0～15m，區(qū)內(nèi)延展長(zhǎng)度分別為1055m、1055m，延伸至區(qū)外。

③DF3：逆斷層，走向北西，傾向南西，傾角變化范圍為4°～8°，在區(qū)內(nèi)錯(cuò)斷3-5#煤、8#煤，落差0～25 m，區(qū)內(nèi)延展長(zhǎng)度分別為840 m、840 m，延伸至區(qū)外。

3 地面注漿治理

采用地面鉆孔在治理目標(biāo)層施工定向水平鉆孔進(jìn)行注漿堵水截源，同時(shí)利用地面骨料孔對(duì)陷落柱頂部進(jìn)行充填和加固處理，根據(jù)探查和治理效果分析，再對(duì)奧灰頂部、8#煤層底板隔水層下部進(jìn)行注漿加固，并對(duì)注漿堵水的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)陷落柱的治理和工作面順利回采。

本項(xiàng)目共布置4個(gè)地面定向鉆孔，鉆孔分別為XG1、XG2、XZ1和XZ2，其中XG1、XG2為骨料孔，并兼作探查和煤層頂?shù)装寮庸?；XZ1和XZ2為注漿堵水及隔水層加固鉆孔。XZ1和XZ2注漿孔布置三層水平鉆孔，層間距20 m。第一層（底層）布置于奧灰頂面下30 m，共設(shè)計(jì)10個(gè)水平鉆孔，間距40 m；第二層布置于奧灰頂面下10m，設(shè)計(jì)3個(gè)水平鉆孔，孔間距80 m；第三層布置于奧灰頂面上10 m，設(shè)計(jì)水平鉆孔2個(gè)，孔間距80m。共設(shè)計(jì)15個(gè)水平分支孔，其中XZ1設(shè)計(jì)8個(gè)水平分支孔；XZ2設(shè)計(jì)7個(gè)水平分支孔。預(yù)計(jì)鉆探總進(jìn)尺10 043.18 m，其中直孔段2 262.59 m，造斜和水平段7 780.59 m，注漿量約為101 300 m3。參考其他礦井注漿情況，水泥用量約為6萬噸。鉆孔地面布置位置如圖3所示：

圖3 地面定向鉆孔布置示意圖

圖3 鉆孔布置

4 井下輔助治理

井下輔助工程主要是由于8228工作面順槽存在約200m底板滲水段，在疑似導(dǎo)水陷落柱注漿治理過程中有可能發(fā)生底板跑漿的現(xiàn)象，因此，為了防止治理過程中發(fā)生跑漿現(xiàn)象，達(dá)到良好的治理效果，在2228順槽巷里程2 039 m～2 044 m、5228順槽巷里程2 005 m～2 010 m構(gòu)筑密閉墻。如圖4所示。密閉墻設(shè)計(jì)厚度為5 m，結(jié)構(gòu)：0.5 m磚墻+4 m混凝土+0.5 m磚墻。

圖4 8228工作面兩順槽密閉墻構(gòu)筑位置

5228巷墻體上設(shè)置3趟6寸泄水管，1趟2寸觀察管。墻體外設(shè)置9.2 m×4.8 m臨時(shí)水倉作為排水點(diǎn)。

2228巷密閉墻體設(shè)置3趟6寸泄水管，2趟6寸軟管，1個(gè)觀察管。墻體外設(shè)置11 m×5.6 m臨時(shí)水倉作為排水點(diǎn)。

8228高抽巷工作面迎頭探孔涌水，通過泄水孔排入5228巷密閉墻外排水點(diǎn)。

5 治理效果及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

目前井下密閉墻及排水設(shè)施已經(jīng)施工完成，地面奧灰水治理工程2個(gè)骨料孔已完成并封孔，2個(gè)注漿孔主孔已完成，分支孔已完成4個(gè)，其余還在施工中，累計(jì)進(jìn)尺5 520.45 m，累計(jì)注漿9.9萬噸。經(jīng)過治理，奧灰水位下降至1010 m～1020 m之間，水位趨于穩(wěn)定；2228、5228巷涌水量明顯減小，兩巷排水量從270 m3∕h減小至100 m3∕h。為確保安全生產(chǎn)，把切眼位置確定在里程2 045 m處，現(xiàn)工作面已經(jīng)順利回采至采位180 m，未見奧灰水涌水現(xiàn)象。

塔山礦石炭系特厚煤層奧灰水害地面區(qū)域治理技術(shù)為國內(nèi)先進(jìn)，同煤集團(tuán)首家開展該項(xiàng)目的單位，影響深遠(yuǎn)，意義重大。該技術(shù)主要應(yīng)用于煤礦井下出現(xiàn)奧灰水異常涌水區(qū)域及可能存在奧灰水異常突水危險(xiǎn)區(qū)域，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)有重要指導(dǎo)意義，對(duì)其他出現(xiàn)類似情況的礦井也有較高的參考價(jià)值。