魏天瑋

（晉能控股煤業(yè)集團四老溝礦，山西 大同 037000）

四老溝煤礦地形褶皺較多，地質(zhì)變化復(fù)雜，煤層傾角為4°～6°，東西向呈波狀起伏分布，西部為南北向的褶皺彎曲，并在北部伴隨有較大的斷層及陷落區(qū)分布。礦井可劃分為多個含水層分布，礦井內(nèi)的隔水層自上而下主要分布有本溪組泥巖隔水層及3號煤層底板隔水層。在煤礦的生產(chǎn)過程中，據(jù)統(tǒng)計共有36個涌水點，其中頂板的涌水點約占90%以上，發(fā)生底板涌水1次，陷落柱涌水1次，頂板的砂巖涌水量較多[1]，影響煤礦的安全生產(chǎn)。

8407工作面的煤層平均厚度為6 m，進行工作面的巷道掘進時，所在煤礦未發(fā)現(xiàn)異常，回采過程中發(fā)現(xiàn)該區(qū)域陷落柱，為潛在的導(dǎo)水因素[2]，通過地質(zhì)勘探等確定導(dǎo)水水源為K8、K10頂板砂巖水。由于8407工作面處于承壓的開采區(qū)域，隔水層厚度為78 m，突水系數(shù)為0.02 MPa/m，具有一定的危險性[3]，對于頂板的水害防治要采取一定的措施。

1 導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育分析

依據(jù)8407工作面的地質(zhì)條件，對其充水通道進行分析，主要包括采動裂隙、斷層及褶皺、陷落柱等異常地質(zhì)及封閉不良的鉆孔。采動裂隙的影響主要集中在初次及周期來壓時，斷層及褶皺形成地下水的富水帶，暫未發(fā)生突水事故，陷落柱等異常的地質(zhì)條件一般富水性較弱，但一旦發(fā)生富水，容易造成較大的影響，安全隱患較大。鉆孔封閉不良或者鉆孔未封閉，常造成多個含水層之間的聯(lián)系[4]，造成相互之間的流動。煤層的突水主要受到傾斜構(gòu)造及采動作用的影響，采用回歸分析的方法對頂板的導(dǎo)水裂隙發(fā)育進行分析。經(jīng)現(xiàn)場測量，得到頂板導(dǎo)水裂隙的發(fā)育如圖1。

圖1 頂板導(dǎo)水裂隙的發(fā)育

從圖1中可以看出，在工作面6 m采高的條件下，頂板導(dǎo)水裂隙的發(fā)育高度與工作面開采的推進距離呈現(xiàn)非線性的關(guān)系。對圖1中的數(shù)據(jù)進行多階擬合，如圖2所示，得到導(dǎo)水裂隙帶的擬合公式：y=3e-7x4-2e-4x3+3.92e-2x2-2.223 8x+41.83，式中y表示導(dǎo)水裂隙帶的高度，x表示工作面推進的距離。

圖2 頂板導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度擬合

分析頂板的導(dǎo)水裂隙發(fā)育可知，在回采的初期階段，導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育較慢，推進到100 m時，導(dǎo)水裂隙帶的高度上升加劇，隨著推進距離的增加，當推進160 m時，導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育開始減緩，并逐漸穩(wěn)定在95 m。此時，8407工作面的導(dǎo)水裂隙帶的最終高度約為95 m，超出了隔水層的78 m厚度[5]，需對頂板的砂巖水進行探放水作業(yè)。

2 頂板探放水技術(shù)分析

對8407工作面進行探放水作業(yè)，基于工作面所處的地質(zhì)條件，在作業(yè)過程中要設(shè)計較多的打孔位置，穿透含水層，并且打孔的方向要垂直于水位的等高線，從而可以增加含水層之間的穿越距離。探放水的位置應(yīng)選取勘探分析確定的富水區(qū)域，特別是褶皺構(gòu)造的軸部、斷裂的發(fā)育地帶及陷落柱的發(fā)育位置等異常的富水區(qū)域[6]。

對8407工作面進行地面電磁勘探，確定工作面的異常富水區(qū)，得到如圖3的煤層砂巖水富集區(qū)域，所在圓圈的位置即為8407工作面。頂板含水層的鉆孔影響半徑為60 m，頂板進行探放水的鉆孔間距約為120 m，垂直探放水高度為95 m。

圖3 礦井砂巖水富集區(qū)示意圖

從圖3中可以看出，礦井內(nèi)的富集水區(qū)域主要集中在工作面的北部及西南區(qū)域，中部位置的裂隙發(fā)育較弱。8407工作面受到K8、K10砂巖水的影響，對其進行鉆孔及探放水作業(yè)，依據(jù)工作面的地質(zhì)分布，選取鉆孔布置如圖4。

圖4 工作面鉆孔布置示意圖

進行探放水鉆孔作業(yè)施工過程中，嚴格依據(jù)設(shè)計要求進行鉆孔定位，進行鉆孔作業(yè)前，剩余超前距離保證不小于30 m。對工作面迎頭進行標準化的檢查作業(yè)，保證迎頭的潔凈有序，從而保證鉆探作業(yè)安全順利進行。在進行鉆孔時，依據(jù)鉆孔位置的實際情況，對超前的鉆孔參數(shù)進行補充調(diào)整，并詳細記錄各項變更參數(shù)，便于對探放水作業(yè)進行統(tǒng)計。同時，在進行探放水作業(yè)過程中，要采取相應(yīng)的技術(shù)措施，對出水量及巷道內(nèi)瓦斯變化情況進行監(jiān)測，保證施工作業(yè)的安全。

通過圖4看出，對工作面進行探放水作業(yè)，共設(shè)計有23個位置進行鉆孔作業(yè)，鉆孔直徑60 mm，鉆孔深度為100 m，掘進進尺70 m，預(yù)留30 m安全距離，鉆孔深度不足100 m時，允許掘進進尺為鉆孔深度減去30 m安全距離的深度。進行現(xiàn)場鉆孔排除水害隱患的同時，對不同鉆孔位置的出水量進行統(tǒng)計，數(shù)據(jù)顯示位于褶皺軸部位置的鉆孔其探放水量較大，通過地面勘探確定的富水區(qū)域中，一處鉆孔位置位于地面斜軸部位置的出水量較大，其余位置的出水量較小或無水。8407工作面進行探放水作業(yè)共計水量為240 m3/h，大于測量估算的正常涌水量180 m3/h，這是由于工作面處于礦區(qū)的底部位置造成的。進行探放水作業(yè)中，進行鉆孔的中前期涌水量較多，而鉆孔后的涌水量減小明顯，說明8407工作面的頂板砂巖水以靜態(tài)存水為主，沒有較大的動態(tài)水補給，呈現(xiàn)中前期大、后期少的趨勢。

3 結(jié)論

（1）8407工作面的地形復(fù)雜，頂板砂巖水含量較高，在工作面6 m采高的條件下，對工作面導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度進行擬合，確定工作面推進距離為160 m時，導(dǎo)水裂隙帶的穩(wěn)定值為95 m左右。

（2）導(dǎo)水裂隙帶的高度大于隔水層的厚度，采用地面電磁勘探對礦井內(nèi)的富水區(qū)域進行探測，確定富水區(qū)域主要集中在礦區(qū)的北部及西南部位置，8407工作面主要受到K8、K10砂巖水的影響。

（3）對工作面采取探放水作業(yè)，共進行23處鉆孔作業(yè)，通過探放水作業(yè)，確定工作面主要以靜態(tài)水存儲為主，褶皺區(qū)域的軸部及斜軸位置的儲水量較大，探放水作業(yè)中的涌水量呈現(xiàn)中前期大、后期少的趨勢。