吳 濤 李 鵬 常致凱

（中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 邯鄲 056000）

1 研究區(qū)概況

廣義的華北型煤田根據(jù)成煤時代、區(qū)域水文地質(zhì)條件、煤巖疊置關(guān)系等分為華北區(qū)和西北區(qū)[1]。由于鄂爾多斯盆地石炭二疊系煤層埋藏較深，現(xiàn)在主要開采的是侏羅系煤層。因而本文所講的華北型煤田指的是鄂爾多斯盆地以東的華北區(qū)的華北型煤田，主要開采石炭-二疊系的煤層，絕大多數(shù)直接沉積在奧陶系灰?guī)r之上。

2 華北型煤田巖溶水突水案例分析

本次收集整理了以往較大的奧灰突水案例34起，見表1。從這些突水案例中看出，大多數(shù)突水是由陷落柱和斷層導(dǎo)水引起。其中由導(dǎo)水陷落柱引起的突水有11例，占總案例的32.4%，由導(dǎo)水?dāng)鄬右鸬耐凰?0例，占總案例的58.8%。其他原因突水3例，占總案例的8.8%。由此可見，導(dǎo)水?dāng)鄬蛹皩?dǎo)水陷落柱是奧灰突水的主要因素，煤層底板采動裂隙突水是奧灰突水的次要因素。

另外從薄層灰層的突水案例統(tǒng)計(jì)分析中可知，薄層灰?guī)r的突水多數(shù)是由于在導(dǎo)水構(gòu)造的作用下奧灰水直接補(bǔ)給了薄層灰?guī)r含水層，從而使薄層灰?guī)r的突水量增加，造成淹井事故。例如，峰峰-邯鄲礦區(qū)的大青、伏青灰?guī)r，霍州礦區(qū)的K2灰?guī)r，焦作-鄭州礦區(qū)的二灰（L2）、八灰（L8）灰?guī)r，淄博礦區(qū)的徐家莊灰?guī)r，肥城礦區(qū)的三灰、四灰等，均受到奧灰含水層的補(bǔ)充[2-3]。其中焦作礦區(qū)的L8灰?guī)r突水占巖溶突水的76%以上，淄博礦區(qū)的徐灰突水占整個礦區(qū)巖溶突水的56%以上。

表1 中國煤礦重大奧灰突水案例一覽表[2]

3 巖溶水突水模式

華北型煤田下組煤底板主要突水水源為下伏奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水，其次為煤層地層中的薄層灰?guī)r巖溶裂隙水。通過前面突水案例分析可知，煤層底板突水主要是由導(dǎo)水?dāng)鄬?、?dǎo)水陷落柱引起，其次為底板采動裂隙等。

因此，根據(jù)突水類型將巖溶水突水模式大致分為三類：底板型突水模式、斷層型突水模式和陷落柱型突水模式。

3.1 底板型突水模式

當(dāng)采煤工作面自切眼向前推進(jìn)時，破壞了原巖應(yīng)力場的平衡狀態(tài)，使底板巖體產(chǎn)生破壞，產(chǎn)生采動裂隙（見圖1），成為底板奧灰水的主要通道，造成底板突水，突水的礦井主要表現(xiàn)為底板隔水層較薄、不穩(wěn)定等。

圖1 煤層底板破壞示意圖

3.2 斷層型突水模式

斷層型突水模式是以斷層為主要導(dǎo)水通道，大致可細(xì)分為2種突水類型。

3.2.1 大中型斷層使煤層直接對接含水層類型

大中型斷層由于斷距大等特點(diǎn)，對于下組煤來說可直接錯斷煤層底板隔水層，造成煤層與下伏奧陶系含水層的對接（見圖2）。使煤層與被切割的含水層直接發(fā)生水力聯(lián)系。例如鄭州礦區(qū)米村井田在開采二1煤層時經(jīng)鉆孔揭露發(fā)現(xiàn)4條大中型斷層（前高村斷層、張灣斷層、閆家門斷層、后高村斷層）。其中受閆家門斷層、后高村斷層的影響，米村井田二1煤層直接對接奧陶系馬家溝組灰?guī)r含水層[3-4]。

3.2.2 斷層使隔水層變薄類型

由于受大中型斷層的影響，使得煤層底板隔水層厚度變?。ㄒ妶D3），當(dāng)工作面接近或揭露斷層時，煤層底板含水層高壓水突破斷層充填物或底板隔水層而涌入工作面。

圖2 煤層對接奧灰含水層示意圖

圖3 斷層使隔水層變薄示意圖

3.2.3 斷層為導(dǎo)水通道類型

斷層為導(dǎo)水通道的突水類型大致分為2種。一種是斷層本身為導(dǎo)水?dāng)鄬?，?dāng)采掘直接揭露導(dǎo)水?dāng)鄬訒r，奧灰水沿?cái)鄬又苯舆M(jìn)入工作面，產(chǎn)生突水。另一種是斷層本身不導(dǎo)水，由于受礦山壓力、采動破壞等的影響，誘發(fā)斷層活化，形成活化導(dǎo)水構(gòu)造[4]。

3.3 陷落柱突水模式

陷落柱是奧灰突水的主要通道之一，開灤范各莊礦、皖北任樓礦、安陽銅冶一礦、邢臺東龐礦、峰峰九龍礦等均發(fā)生過巖溶陷落柱突水淹井事故。根據(jù)陷落柱的特性及突水特點(diǎn)可將陷落柱突水模式分為以下幾種類型：

3.3.1 突發(fā)型

當(dāng)?shù)刭|(zhì)和水文地質(zhì)條件不清楚時，巷道掘進(jìn)工作面或回采工作面揭露導(dǎo)水陷落柱，使奧灰水通過陷落柱直接涌入工作面，造成突水事故。

3.3.2 緩沖-滯后型

雖然留設(shè)了陷落柱防水煤柱，但由于強(qiáng)度不夠，在水壓礦壓等共同作用下，煤柱造成破壞從而突水，水量由小逐漸增大，有一緩沖過程?；蛎褐鶓?yīng)力突然作用，使得長期完好采掘工程也可能發(fā)生滯后突水。

4 承壓煤層開采的防治技術(shù)措施

4.1 工作面的精細(xì)化探測+注漿封堵

利用井下綜合物探技術(shù)超前探測工作面內(nèi)或前方存在的導(dǎo)水構(gòu)造，并通過鉆探進(jìn)行驗(yàn)證。查明工作面存在的導(dǎo)水構(gòu)造，針對導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行具體的注漿封堵，起到提前預(yù)防的作用[5]。

4.2 底板注漿加固+區(qū)域治理

當(dāng)隔水底板厚度明顯小于臨界厚度時，可用底板注漿的辦法將下伏含水層頂部的巖溶、裂隙封閉，使其變?yōu)橄鄬Ω羲畬樱栽黾痈羲畬拥装逯链笥谂R界厚度值，從而達(dá)到安全采煤的目的。這一方法的效果，取決于事先對下伏含水層頂部的巖溶、裂隙分布情況較清楚。因此可先用物探查明巖溶頂部的巖溶裂縫發(fā)育及分布情況，在此基礎(chǔ)上針對性地注漿治理。

4.3 疏水降壓

對于煤層底板隔水層厚度很薄，但下伏含水層厚度較薄，補(bǔ)給水量有限時可以采用疏水降壓的方法，將下伏含水層的水頭降至安全開采水壓以下。平頂山礦區(qū)的二礦、十一礦、五礦、七礦、十三礦、朝川礦結(jié)合生成布局，針對性地對石炭系、寒武系灰?guī)r含水層進(jìn)行疏放，降低了含水層的水位，達(dá)到了帶壓煤層安全開采的目的。邯鄲礦區(qū)的王鳳煤礦帶壓開采小青、山青煤層時，采用疏水降壓技術(shù)，將二坑中部以北地區(qū)大青水位由+120m降至+60m，實(shí)現(xiàn)了帶壓煤層的安全開采。蔚縣礦區(qū)單侯煤礦2010～2012年對奧灰水采取“整體疏水降壓，局部注漿加固”的措施進(jìn)行防治，井田內(nèi)奧灰水位下降最大的首采區(qū)最大下降約165m，解放了1號、5號煤炭資源量約15000萬t。

5 結(jié)語

華北型煤田區(qū)巖溶水突水模式大致可以分為煤層底板突水模式、斷層突水模式和陷落柱突水模式。其中，斷層突水和陷落柱突水最為常見。目前常用的帶壓煤層安全開采技術(shù)措施主要有工作面的精細(xì)化探測+注漿封堵、底板注漿加固+區(qū)域治理以及疏水降壓措施。不同的煤礦井由于水文地質(zhì)條件不同，相應(yīng)的防治技術(shù)措施也不同。因此，礦井水文地質(zhì)工作者根據(jù)本礦井水文地質(zhì)條件，制定相應(yīng)的技術(shù)措施保障礦井帶壓煤層的安全開采。