王樂(lè)義 白建魯

（山東能源臨礦集團(tuán)王樓煤礦，山東 濟(jì)寧 272063）

1 礦井概況

山東能源臨礦集團(tuán)王樓煤礦（以下簡(jiǎn)稱王樓煤礦）2007年7月投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力1.2Mt/a，開采山西組3上煤層，走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤，全部垮落法管理頂板。礦井水文地質(zhì)類型屬?gòu)?fù)雜型。

王樓煤礦三采區(qū)13301工作面2013年發(fā)生突水事故，工作面回采過(guò)程中老空區(qū)水量逐漸增大，當(dāng)推采至690m時(shí)，采空區(qū)水量增大至最大900m3/h，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的疏放、治理，工作面涌水量減少到490m3/h。2015年實(shí)施了地面注漿堵水工程，工作面涌水量降至310m3/h，全礦涌水量降低了390m3/h，繼續(xù)治理難度很大。結(jié)合以往的工作成果及本次工作的新發(fā)現(xiàn)，本文提出劉官屯斷層對(duì)13301工作面充水的調(diào)節(jié)模式能夠?yàn)楣ぷ髅嬷嗡峁┯行У乃悸贰?/p>

2 礦井地層及含水層概況

井田內(nèi)地層自上而下依次為：第四系、上侏羅統(tǒng)蒙阻組、二疊系上石盒子組、二疊系下石盒子組及山西組、石炭系上統(tǒng)太原組、石灰系中統(tǒng)本溪組、奧陶系中、下統(tǒng)。

含水層自上而下有：第四系松散層含水層、上侏羅統(tǒng)砂礫巖含水層、煤層頂（底）板砂巖裂隙含水層、灰?guī)r含水層。隔水層有：第四系中組及下組下段隔水層、上石盒子組隔水層、下石盒子組隔水層。

3 13301工作面出水過(guò)程及充水特點(diǎn)

3.1 13301工作面出水過(guò)程

13301工作面是三采區(qū)首采工作面，走向長(zhǎng)1160m，傾斜寬160m，煤層埋深-960m～-900m，煤層平均厚度2.15m。工作面南部為3上煤層露頭保護(hù)煤柱。

13301工作面出水過(guò)程：（1）掘進(jìn)過(guò)程中兩條順槽都出現(xiàn)頂板錨索淋水和底板滲水現(xiàn)象，直至回采時(shí)總水量約60m3/h，其他工作面掘進(jìn)過(guò)程中極少見。（2）回采440～560 m過(guò)程中，水量從60m3/h逐漸上漲到190m3/h。（3）回采560～640 m過(guò)程中，水量急速增加，從190m3/h上漲到770m3/h，水平推進(jìn)。（4）回采640～690 m過(guò)程中，水量增漲速度仍然較快，由770m3/h上漲到900m3/h。此后工作面長(zhǎng)期停產(chǎn)。

3.2 13301工作面出水前后的探查治理工作及結(jié)論

13301工作面出水前后，做了大量針對(duì)13301工作面出水水源及出水通道的探查治理工作，包括確定工作面切眼距離侏羅系底界距離，探測(cè)頂?shù)装迳皫r含水性，進(jìn)行綜合電法勘探，補(bǔ)充施工水文觀測(cè)孔，探查頂板“天窗”，進(jìn)行地震資料解釋，進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，地面施工3C-4探查注漿孔、1#探查注漿孔、2#探查注漿孔、3C-5啟封注漿孔等工作。至2014年，工作面涌水量減少到490m3/h。

通過(guò)探查治理主要得出以下結(jié)論：13301工作面充水水源主要是3上煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水、侏羅系砂礫巖水，奧灰水和其他灰?guī)r含水層水基本未參與13301工作面突水；13301工作面充水通道可能有：F21、F22、F23斷層組活化導(dǎo)水，13301上方垂向密集裂隙帶導(dǎo)水，3C-4鉆孔局部封閉不良導(dǎo)水，排除了頂板石盒子組局部變薄或存在“天窗”導(dǎo)水的可能性，排除了煤層露頭方向隔水層變薄導(dǎo)水的可能性?？紤]到13301工作面出水水源和導(dǎo)水通道的復(fù)雜性，13301軌道順槽掘進(jìn)期間揭露F21、F22、F23一組斷層，工作面推過(guò)斷層組后，導(dǎo)水裂隙帶與斷層帶導(dǎo)通。活化為導(dǎo)水?dāng)鄬?，成為?dǎo)水?dāng)鄬咏M。江蘇物測(cè)隊(duì)提交的二、三采區(qū)三維地震勘探報(bào)告中，發(fā)現(xiàn)13301工作面上方發(fā)育有一個(gè)異常區(qū)，為垂直密集裂隙帶，該異常區(qū)內(nèi)裂隙向上很高，局部達(dá)到第四系底界。

3.3 13301地面注漿堵水工程

為了進(jìn)一步降低礦井涌水量，減少礦井排水費(fèi)用，結(jié)合前期所做工作，又考慮到在侏羅系下部石盒子組砂巖含水層內(nèi)施工一主水平定向鉆孔及多個(gè)水平分支鉆孔，定向鉆進(jìn)，精準(zhǔn)注漿，形成水平隔水層。該技術(shù)優(yōu)勢(shì)突出，施工場(chǎng)地占地面積小，水平段鉆孔延展距離長(zhǎng)，比較直孔能夠更多地穿過(guò)垂直導(dǎo)水裂隙，一次可以探查多個(gè)通道并注漿，漿液擴(kuò)散范圍大，可大幅提高主孔的復(fù)用率及探查的全面性，堵水效果更加突出。因此采用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)和注漿工藝來(lái)對(duì)13301工作面進(jìn)行注漿堵水工作。從2015年11月開始實(shí)施地面注漿堵水工程（圖1）對(duì)13301老空水進(jìn)行進(jìn)一步治理，本次治理的方案是就以上可能存在的導(dǎo)水通道施工水平定向鉆孔及分支鉆孔進(jìn)行探查注漿，在13301工作面上方形成一個(gè)有效的隔水層。該工程于2015年11月25日開工，2017年5月1日結(jié)束，歷時(shí)523d，共施工主孔1個(gè)，水平分支孔4個(gè)，鉆探總進(jìn)尺2897.57m，共注水泥9821.47t，注黃泥混合漿等其他注漿材料438.26m3。注漿工程實(shí)施后實(shí)測(cè)13301工作面涌水量減少183m3/h。

圖1 13301地面注漿堵水工程平面

4 劉官屯斷層對(duì)采空區(qū)補(bǔ)水的調(diào)節(jié)作用

2008年王樓煤礦11305工作面發(fā)生突水事故，工作面推進(jìn)至80m處時(shí)，老空水量短時(shí)間內(nèi)迅速增大至450m3/h。礦井排水能力不足，導(dǎo)致淹井。當(dāng)時(shí)的防治水副總呂玉廣針對(duì)11305工作面突水的情況發(fā)表了“兩水源三通道”的礦井突水模式，重點(diǎn)指出劉官屯斷層在11305工作面突水過(guò)程中所起到的作用。

通過(guò)對(duì)13301工作面長(zhǎng)期的探查治理，實(shí)踐表明劉官屯斷層對(duì)13301工作面的突水也起到很大的控制作用。

4.1 示蹤試驗(yàn)結(jié)果

（1）2012年9月KI示蹤試驗(yàn)：3 C-31孔投入KI試劑，一采區(qū)（11305工作面）出水中接收到碘離子，證明11305工作面水與上部侏羅水有連通，但不能確定侏羅水是從頂板冒落裂隙帶直接進(jìn)入11305工作面還是通過(guò)劉官屯斷層繞流導(dǎo)入。

（2）2013年5月KI示蹤試驗(yàn)：13301工作面出水后，從距離該工作面較近的3 C-5侏羅系水文孔投入KI試劑100kg，持續(xù)取樣觀測(cè)35d，從一采區(qū)出水中發(fā)現(xiàn)碘離子濃度異常，13301工作面出水中始終沒有發(fā)現(xiàn)碘離子濃度異常。再次說(shuō)明侏羅水與一采區(qū)水（11305工作面）有聯(lián)系，不能證明與13301工作面之間有水力聯(lián)系。

（3）2013年8月29日品紅示蹤試驗(yàn)：3C-4啟封孔打到深度850m時(shí)（距離3煤頂板約98m）投入鹽基品紅100kg，4d后從一采區(qū)出水中發(fā)現(xiàn)水色異常，13301工作面出水中未發(fā)現(xiàn)。證明13301工作面上方侏羅水向一采區(qū)方向徑流。

（4）2013年10月17日，3C-4啟封孔再次掃孔到深度870m時(shí)（進(jìn)入石盒子組泥巖），再次投入鹽基品紅100kg，井下任何地點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)異常。

（5）2013年11月1日，1#探查孔深度847.5m時(shí)（石盒子組泥巖）投入鹽基品紅100kg，井下任何地點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)異常。

（6）13301地面注漿堵水工程，在主孔1104m漏漿段先后投入鹽基品紅100kg和碘化鉀100kg，同時(shí)在井下觀察監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化，均無(wú)異樣，取水樣進(jìn)行化驗(yàn)，也未檢測(cè)到碘離子。

綜合上述歷次示蹤試驗(yàn)，前三次均能證明侏羅系含水層與一采區(qū)老空水（11305工作面）之間存在水力聯(lián)系，13301工作面上方侏羅水向一采區(qū)方向徑流。未能證明13301工作面上方侏羅系含水層與13301采空區(qū)之間有直接的水力聯(lián)系。

4.2 水量變化分析

通過(guò)實(shí)施13301地面注漿堵水工程，在13301工作面上方基本形成了一個(gè)有效的隔水層，可以有效阻隔侏羅系含水層水直接通過(guò)13301工作面上方的冒落裂隙帶進(jìn)入13301采空區(qū)。治理后，13301工作面仍然有310m3/h的動(dòng)水，這表明13301工作面發(fā)育的F21、F22、F23斷層組、13301上方垂向密集裂隙帶及3C-4鉆孔均非13301工作面上方侏羅系含水層水進(jìn)入13301采空區(qū)的主要導(dǎo)水通道，13301老空水的主要通道仍然是工作面回采后產(chǎn)生的煤層頂板冒落裂隙帶和底板破壞帶，侏羅系含水層水是通過(guò)其他通道對(duì)13301工作面頂?shù)装迳皫r裂隙水進(jìn)行補(bǔ)給。

4.3 斷層對(duì)頂?shù)装迳皫r水補(bǔ)給的連通作用

13301工作面上方侏羅系含水層水通過(guò)劉官屯斷層局部管涌通道進(jìn)入11305采空區(qū)，進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)的水聯(lián)同11305工作面頂?shù)装逡欢ǚ秶鷥?nèi)的砂巖含水層水通過(guò)劉官屯斷層上盤3上煤層頂?shù)装迳皫r含水層進(jìn)行補(bǔ)給。由于13301工作面所處的標(biāo)高最低，3上煤層頂?shù)装迳皫r含水層水不斷從13301老空區(qū)流出。三采區(qū)剛剛回采的13304工作面位于13301工作面與劉官屯斷層之間，回采幾十米，老空區(qū)水量即明顯增加，進(jìn)一步回采過(guò)程中其老空區(qū)水量應(yīng)該會(huì)進(jìn)一步增加，將流向13301工作面的水“奪”一部分過(guò)來(lái)。在劉官屯斷層的作用下，13301工作面上方的侏羅系含水層水通過(guò)“迂回”的方式進(jìn)入13301采空區(qū)，13301工作面老空水中侏羅系含水層水占很大部分，而多次示蹤試驗(yàn)及其他探查注漿工程均未得出13301工作面上方侏羅系含水層水與采空區(qū)直接相連通的事實(shí)。如圖2所示。

圖2 斷層對(duì)13301工作面頂?shù)装迳皫r水補(bǔ)給的連通作用

5 結(jié)論及建議

本文提出了王樓煤礦13301工作面上方侏羅系含水層通過(guò)劉官屯斷層間接“迂回”補(bǔ)給13301工作面煤層頂?shù)装迳皫r含水層的充水模式。該充水模式為下一步對(duì)13301工作面老空水治理及三采區(qū)深部工作面開采提供了理論依據(jù)。