朱 玲

（大同煤礦集團永定莊煤業(yè)有限責任公司，山西 大同 037024）

我國煤礦數量眾多，煤炭資源賦存多樣化，地質情況復雜化，不同地區(qū)礦井水文地質類型迥然不同[1-4]。礦井水害是威脅煤礦安全生產的重要因素，其中斷層突水極其嚴重，約80%的煤礦突水事故均為斷層突水。國內外針對煤礦水害的研究歷史悠久，針對底板突水主要有突水系數法、“下三帶”理論、原位張裂與零位破壞理論、板模型理論、關鍵層理論、巖體工程地質力學理論和脆弱性指數法等多種方法準確地對底板突水進行評價[5]。本文以永定莊煤業(yè)公司山4#層8115工作面為研究對象，在對礦井水文地質特征研究的基礎上，對其頂板水害危險性進行了評價，提出了防治水措施。

1 礦區(qū)地質

永定莊煤業(yè)公司現開采山4#煤層。8115工作面位于301采區(qū)，礦井東部出現煤層露頭，南部為8105工作面，西部為山4#煤層盤區(qū)大巷。煤層厚度0～2.8m，平均厚度2.12m，傾角1～10°，可采系數97%，煤的結構主要以原生結構為主，煤層穩(wěn)定性較差。煤層頂底板巖性見圖1。

8115工作面是一個以2115距切巷315m、5115距切巷341m位置連線為軸部的向斜構造。左翼煤層傾角較小，約為2°～5°，走向為NW16°～9°；右翼煤層傾角較大，為5°～10.5°，走向為NW9°～NE39°。預計回采至距切巷272～360m范圍時，工作面正處于該向斜的核部。揭露的斷層為68斷層，走向134°，為一逆斷層，斷層落差為1.5m，該斷層在相鄰巷道并未揭露，分析其延伸范圍不大，對工作面回采工作影響不大。

2 水文地質特征

2.1 地表水體

永定莊煤業(yè)公司范圍內，地表為丘陵地貌，雨季大氣降水沿著溝壑流出，水源由口泉河排泄，因此，地表水不會對該工作面造成較大的影響。

2.2 主要含水層

該工作面含水層有奧陶系灰?guī)r含水層、太原組砂巖含水層、山西組砂巖含水層。

（1）奧陶系灰?guī)r含水層，總厚度約為120～180m，以灰色厚層狀灰?guī)r為主。

（2）太原組砂巖裂隙含水層內裂隙發(fā)育相對較少，地下水補給條件較差，富水性弱。

（3）山西組砂巖裂隙含水層裂隙不發(fā)育，埋藏較深，富水性較弱，補給條件差。

（4）侏羅系采空水，在8115工作面上覆侏羅系采空區(qū)內，探明積水量大，水量約為29682m3。

2.3 主要隔水層

隔水層由泥巖、砂質泥巖組成，厚度約30m，巖性致密，隔水性能良好，在近地表處裂隙發(fā)育，隔水性能變差。

2.4 充水通道

充水通道是礦井水害的重要影響因素。在8115工作面范圍內，山4#煤層的直接頂為粉砂巖、高嶺巖、泥巖，性脆易碎，尤其在回采至切巷320～390m范圍內時，工作面處于向斜的核部，頂板可能受應力影響較為破碎，因此礦井的主要充水通道為頂板巖石破碎形成的裂隙和破碎裂隙帶。

圖1 8115工作面地層綜合柱狀圖

3 防治水評價與措施

3.1 超前探測工程量及其成果

8115掘進工作面總進尺為1460m，在2115和5115巷分別設計2個超前探放水孔，其中2115巷道正前方1個，巷道右手幫1個，5115巷道正前方1個，巷道左手幫1個。5115輔助巷和切巷設計3個超前探放水孔，分別在正前方、左手幫、右手幫各1個。按照超前探測50m，保留安全煤柱30m，整個工作面共施工了162個超前探放水孔，合計進尺8184m，所有超前鉆孔均未探測到異常。

3.2 頂板突水危險性評價

3.2.1 導水裂隙帶厚度

8115工作面煤層厚度為0～2.8m，由于煤層開采后上覆巖層呈現垮落帶、斷裂或彎曲，通常形成導水裂隙帶。依據經驗公式可以計算得出，該工作面導水裂隙帶的最大高度為40.2m，主要水源來自采空區(qū)水。

式中：

Hli-導水裂縫帶高度，m；

ΣM-累計采厚，m。

3.2.2 富水性指數法評價

采用了富水性指數法對含水層富水性進行評價。首先，建立層次結構分析模型，將其劃分為A、B、C三個層次，分別對應含水層富水性評價為A級別，含水層、滲流場和巖性場為B級，單位涌水量、物探工程、滲透系數等C級。其次，依據1-9的標度方法，對各影響因素進行評價，建立評價判斷矩陣，并計算出相應的權值和一致性檢驗，計算得出的隨機一致性比率小于0.1，一致性較好，由此得出含水層富水性評價中疊加權重值（表1）。

表1 富水性分析中的權重

采用GIS軟件的空間分析工程，生成各個參數信息等值線，計算疊加后富水性指數大小，依據其大小，將研究區(qū)劃分為富水性差區(qū)、富水性較差區(qū)、富水性中等區(qū)、富水性相對較好區(qū)和富水性較好區(qū)共5種區(qū)域（圖2）。

3.2.3 頂板冒裂安全性評價

由于導水裂隙帶高度距離上部含水層距離較遠，并未導通上部含水層，因此，在該工作面內劃分為相對安全區(qū)。

由上述分析可知，該工作面內頂板突水的危險性分區(qū)與含水層富水性分區(qū)相一致，對該工作面威脅較大的區(qū)域主要為中西部和東部相對富水的區(qū)域。

圖2 含水層富水性評價分區(qū)

3.3 防治水措施

3.3.1 排水系統(tǒng)

根據《大同煤礦集團永定莊井田灰?guī)r承壓水突水危險性評價報告》，山4#煤層奧灰水最大突水系數為0.018（MPa/m），小于受構造破壞塊段臨界突水系數值0.06MPa/m，對開采煤層的開采影響小。最大涌水量為0.012m3/min，正常涌水量為0.006m3/min，故突水危險性評價為突水安全區(qū)。根據《煤礦安全規(guī)程》及《煤礦防治水細則》必須建立完善獨立的排水系統(tǒng)，即兩巷必須鋪設4寸排水管路各一趟及各配備2臺45kW以上水泵備用，并在工作面配備1臺45kW以上泥砂泵一臺，以備排水。

3.3.2 礦井探放水

在掘進過程中，需執(zhí)行“有掘必探、先探后掘”的方針，在該工作面施工探放水孔，對存在采空水隱患進行排查。其次，在2115巷施工1個井下探放水孔，在5115巷施工2個井下探放水孔，終孔均到14#層，均見空無積水。因此預計8115工作面上覆層無大面積采空積水，但不排除局部低洼處存有少量積水。在5115巷向同層8105工作面施工了1個探放水孔，已累計排水1500m3，現在每日排水3m3。對工作面進行物探工作，超前物探結果顯示無異常。針對400～450m異常區(qū)，設計了一組100m的驗證鉆孔，實際施工92m，未顯示異常。

3.3.3 制定防治水方案

對礦井防治水工作需要從預報、合理的措施和方法、礦井涌水量監(jiān)測、避災路線以及組織管理等方面進行設置，降低突水事故發(fā)生的概率，避免不必要的損失。

在對同層采掘范圍內采空區(qū)積水防治時，在回采工作面兩順槽掘進過程中，采用全方位瞬變電磁儀YCS512在工作面迎頭每隔80m循環(huán)進行一次井下物探工作，對存在的低阻異常區(qū)通過超前鉆探及時驗證，在局部有異常區(qū)域加直流電法超前物探，最后采用鉆探進行驗證。

3.3.4 加強超前探測

工作面位于向斜核部，頂板受構造應力影響較大，可能出現裂隙發(fā)育情況，在回采工作中需要超前探測，就可能存在的斷層和其他構造進行準確判斷。如上覆 14#層 8214、8216、8218、8220、8101、8103采空區(qū)，留有煤柱，在回采過程中應經常觀察頂板，并加強頂板的支護及管理。本工作面2115巷回采至261～312m，5115巷回采至179～196m將遇到煤層變薄區(qū)，煤層厚度1.4～1.7m，采至該區(qū)域時，需要做好相應措施。

4 結論

在對永定莊煤礦地質特征研究的基礎上，對山4#層水文地質特征進行了分析，分析了8115工作面突水的危險性因素，包括含水層、隔水層和充水通道等水害發(fā)生的條件，該工作面可能的突水水源來自于頂板侏羅系采空積水，主要導水通道則為頂板裂隙和破碎裂隙，需要加強對頂板的支護，建立合適的排水系統(tǒng)，并進行合理的探放水工作。