張昱昊

（山西潞安集團(tuán)左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司，山西晉中032600）

1 概述

山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司全面接管左權(quán)縣五里堠煤礦，整合后名稱核準(zhǔn)為山西潞安集團(tuán)左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司，整合后井田面積為9.8506km2，生產(chǎn)能力為120×104t/a，服務(wù)年限為43a。3#、4#煤層作為上組煤進(jìn)行開采，15#煤層作為下組煤進(jìn)行開采。

15#煤位于太原組一段下部，平均厚度為18.35m，下距太原組底界砂巖(K1)0~2.36m，平均0.96m。上距9#煤層35.99~97.12m，平均63.27m。15#煤層的厚度為4.95~6.66m，奧灰含水層頂界面距15#煤層底板距離約26.2~30.98m，煤層底板和奧灰含水層之間的巖層為泥巖、鋁質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，正常情況下，僅從巖性看，可以起到隔水作用，但15#煤距離奧灰含水層較近，應(yīng)引起注意。

2 突水危險(xiǎn)性分區(qū)及承壓開采方案

2.1 突水危險(xiǎn)性分區(qū)

根據(jù)評價(jià)區(qū)域內(nèi)鉆孔資料計(jì)算，15#煤層開采奧灰?guī)r溶水突水系數(shù)變化范圍為0~0.087MPa/m之間，井田東部地區(qū)煤層底板標(biāo)高高于奧灰水位標(biāo)高，不承壓，其煤層開采不會(huì)受到奧灰?guī)r溶水的威脅。由東往西突水系數(shù)逐漸增大，根據(jù)鉆孔ZK3-2資料計(jì)算出的突水系數(shù)達(dá)到了0.087MPa/m，根據(jù)計(jì)算，15#煤層奧灰水承壓開采安全性分區(qū)分為三個(gè)區(qū)：

（1）井田內(nèi)，15#煤層底板等高線在880m以上的區(qū)域?yàn)椴怀袎簠^(qū)，承水壓力下，底板奧灰突水概率相對較低。

（2）15#煤層底板等高線在880m以下的區(qū)域?yàn)閵W灰水承壓開采，承壓區(qū)奧灰水的突水系數(shù)小于0.06MPa/m的區(qū)域，屬于承壓分區(qū)中的Ⅱ區(qū)，該區(qū)不受構(gòu)造影響的地段為承壓開采安全區(qū)域，受構(gòu)造影響的地段存在突水危險(xiǎn)性[1]。

（3）Ⅲ區(qū)主要是井田西部突水系數(shù)大于0.06MPa/m，在DF40、DF14以及DX21、DX24、DX26等較大斷層、陷落柱等構(gòu)造附近區(qū)域，突水危險(xiǎn)性大。DF40、DF14斷層的斷距大于20m，破壞了隔水底板的完整性，錯(cuò)斷了隔水底板，使局部隔水層相對變薄，導(dǎo)致底板抗壓能力降低。DX21、DX27、DX26、DX24、DX12等陷落柱發(fā)育面積大，根據(jù)地面瞬變電磁探測，這些陷落柱部分富（導(dǎo)）水，形成了導(dǎo)通上部水體和開采空間的天然通道；另外，這些陷落柱的存在使得頂板冒裂帶發(fā)育高度增加，從而形成可能的導(dǎo)水通道。

2.2 承壓開采方案

（1）Ⅰ區(qū)內(nèi)，15#煤層底板等高線在880m以上的區(qū)域?yàn)椴怀袎簠^(qū)，在該區(qū)域的煤層開采，應(yīng)關(guān)注煤層頂板含水層的突水以及3#、4#煤層采空區(qū)的突水問題。

（2）在承壓開采Ⅱ區(qū)，奧灰水的突水系數(shù)均在0.06MPa/m與0.1MPa/m之間，在該區(qū)域，底板受構(gòu)造破壞的地段是防治水的重點(diǎn)區(qū)域，防治水方案應(yīng)以充水通道的封堵為主，對斷層破碎帶或?qū)萋渲M(jìn)行注漿加固，對于較大斷層、陷落柱，應(yīng)留設(shè)防水煤柱[2]。

（3）在承壓開采Ⅲ區(qū)內(nèi)，奧灰水的突水系數(shù)達(dá)0.7MPa/m之間，工作面在該區(qū)域進(jìn)行回采時(shí)突水危險(xiǎn)系數(shù)大，在回采過程中若揭露斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)必須提前注漿加固并抬高工作面標(biāo)高，預(yù)留隔水煤柱；同時(shí)應(yīng)建立完善的水情實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，加強(qiáng)奧灰水的監(jiān)測，完善礦井排水系統(tǒng)，確保煤礦安全開采。

3 承壓開采安全技術(shù)措施

3.1 地質(zhì)構(gòu)造探查及治理

3.1.1 陷落柱、斷層富（導(dǎo)）水性的探查

本井田斷層、陷落柱富（導(dǎo)）水性的探查的重點(diǎn)是承壓區(qū)（尤其是15#煤層突水系數(shù)T大于0.3MPa/m的區(qū)域）的斷層、陷落柱以及井田西北部背、向斜區(qū)域的富（導(dǎo)）水狀況。所以井下決定采用井下物探、鉆探手段對回采前方構(gòu)造的富水性進(jìn)行超前探測

（1）采掘巷道掘進(jìn)前，首先采用礦井瞬變電磁法超前探測技術(shù)，對掘進(jìn)頭前方進(jìn)行超前探測，若發(fā)現(xiàn)低阻異常區(qū)必須及時(shí)采用鉆探技術(shù)手段進(jìn)行驗(yàn)證，對鉆探驗(yàn)證的地質(zhì)構(gòu)造必須采用注漿加固技術(shù)進(jìn)行治理；若掘進(jìn)頭前方未發(fā)現(xiàn)低阻異常區(qū)，則保持30m以上的超前距離正常掘進(jìn)，目的是為查明巷道施工前方導(dǎo)水構(gòu)造及富水范圍[3]。

（2）在工作面回采前選用坑透方法探測，當(dāng)物探方法探測結(jié)果說明斷層、陷落柱具有富水特征時(shí)，需要鉆探探查驗(yàn)證，若構(gòu)造存在富水時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行注漿治理；若不富水為了避免采動(dòng)對構(gòu)造產(chǎn)生擾動(dòng)影響發(fā)生透水事故，可采用水位法以及埋設(shè)傳感器方法進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測。

3.1.2 斷層、陷落柱的封堵治理

（1）在主要巷道施工過程中通過的構(gòu)造破碎帶或煤巖層破碎帶，應(yīng)采用注漿加固技術(shù)手段對承壓區(qū)頂板進(jìn)行加固，防止滯后突水事故發(fā)生，如圖1所示。在大巷掘進(jìn)及工作面回采階段，物探或超前鉆探如遇較小的導(dǎo)水?dāng)鄬訕?gòu)造可采取封堵導(dǎo)水通道加以治理。

圖1 掘進(jìn)巷道導(dǎo)水構(gòu)造注漿封堵示意圖

（2）注漿后應(yīng)打檢查孔進(jìn)行注水試驗(yàn)，檢查孔分布合理保證能夠?qū)λ凶{孔進(jìn)行檢驗(yàn)，注水壓力應(yīng)為承壓水壓力的1.0~1.5倍，確定注漿有效后方可揭露斷層；若發(fā)現(xiàn)逐漸失效或不合格時(shí)必須重新注漿，在布置新注漿孔時(shí)，應(yīng)盡量利用注漿改造充填導(dǎo)水裂隙是防治底板突水的重要技術(shù)手段[4]。

3.2 承壓工作面回采防治水技術(shù)措施

3.2.1 工作面優(yōu)化布置

（1）控制工作面斜長：工作面斜長的大小直接影響到煤層底板擾動(dòng)破壞帶的深度。對于當(dāng)保護(hù)層薄強(qiáng)度不夠或構(gòu)造裂隙發(fā)育時(shí)，可采用大面改小面，根據(jù)礦井實(shí)際情況，在不影響礦井開采規(guī)劃的前提下，縮短工作面切巷長度，從而降低工作面突水風(fēng)險(xiǎn)。

（2）調(diào)整工作面布置：綜采工作面布置時(shí)應(yīng)避開落差在5.0m以上的大斷層，以降低因礦壓作用引起的回采工作面應(yīng)力剪切帶與斷層裂隙擴(kuò)張帶疊加破壞導(dǎo)致突水事故發(fā)生。

（3）頂板控制：初采工作面若回采應(yīng)力小、頂板堅(jiān)硬頂板難以垮落時(shí)，為了減小懸板面積可采用爆破、水壓致裂等技術(shù)手段進(jìn)行強(qiáng)制放頂，并根據(jù)工作面回采工藝及地質(zhì)條件制定相應(yīng)控制措施，并合理控制初次來壓步距[5]。

（4）底板預(yù)注漿加固：根據(jù)水文地質(zhì)條件明確工作面存在大斷層后，在斷層前20m處時(shí)對頂板施工俯斜探水鉆孔，并進(jìn)行超前注漿加固，提高底板隔水層放水能力，避免底板突水事故發(fā)生。

3.2.2 底板注漿加固

由于五里堠井田15#煤層到奧灰的距離較近，為13.05~30.98m，回采工作面投產(chǎn)前必須對物探底板區(qū)進(jìn)行注漿加固改造。

（1）在對底板進(jìn)行注漿加固前應(yīng)由地測部門明確底板注漿區(qū)低阻異常區(qū)、破壞裂隙帶、構(gòu)造裂隙帶等分布情況，以及區(qū)域突水系數(shù)、突水壓力等參數(shù)；注漿區(qū)域應(yīng)擴(kuò)大至工作面100~150m范圍，注漿后經(jīng)驗(yàn)收合格后方可回采。

（2）注漿施工時(shí)注漿孔應(yīng)間排距分布均勻，注漿排距控制在10~15m范圍內(nèi)，注漿間距控制在5~10m范圍內(nèi)；注漿加固改造深度必須達(dá)到奧灰中，異常區(qū)若工作面上、下副巷位置，底板注漿加固區(qū)域應(yīng)延伸至工作面外邊緣25m處。

（3）注漿材料選用高強(qiáng)度水泥和水玻璃混合漿液；注漿期間應(yīng)合理調(diào)整注漿液濃度，保證注漿液在裂隙區(qū)具有足夠的擴(kuò)散半徑；注漿施工過程中應(yīng)合理控制注漿壓力，注漿一段時(shí)間后在注漿口卸壓，使?jié){液不流或少流向出水口。

（4）底板注漿加固改造套管下套管時(shí)，應(yīng)纏麻繩、麻片，外敷水泥頂入孔內(nèi)，待注漿固結(jié)后，進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)，壓水不低于實(shí)際水壓的2倍，并持續(xù)20min以上，周圍巖層不得有跑漿現(xiàn)象，套管不得松動(dòng)，否則重新加固套管。

4 結(jié)束語

五里堠煤礦為了避免15#煤層奧灰承壓水對采掘工作面施工影響，對15#煤層承壓突水區(qū)域提出合理有效的開采方案，以及防治水技術(shù)措施，有效保證了后期采掘工作面安全施工，降低了承壓水對采掘工作面施工影響，避免了水害事故發(fā)生，取得了顯著應(yīng)用成效。