姜宇升

（晉能控股煤業(yè)集團塔山煤礦，山西 大同 037001）

1 工程概況

塔山礦8228 工作面位于井田二盤區(qū)中部，工作面設計長度3101 m，傾向230.5 m，煤層均厚19.18 m，傾角1～3°。工作面底板標高+970～ +1050 m，奧灰水位標高介于+1100～ +1130 m 之間，相對于奧灰含水層大部分為帶壓開采，8 號煤層距奧灰約45 m，底板突水系數(shù)為0.027 MPa/m。

8228 工作面2228 巷在掘進至2060 m、5228 巷掘進至2062 m 處，巷道開始出現(xiàn)底板涌水、煤壁滲水及頂板淋水現(xiàn)象，且出水現(xiàn)象逐漸增大，最終5228 巷和2228 巷出水已分別增大至107.6 m3/h 和270 m3/h 左右。為治理工作面突水問題，塔山礦在2228、5228 巷道分別建立了防水密閉，巷道密閉墻選擇在2228 順槽巷里程（2009～2004 m）、5228 順槽巷里程（2044～2039 m）處?，F(xiàn)為有效掌握突水來源，制定合理的治水方案，特采用井上下綜合物探技術進行突水區(qū)域分析，再基于分析結果制定合理治水方案。

2 井上下綜合物探分析

2.1 井下物探分析

為準確掌握巷道突水區(qū)域富水情況及賦存特征，設計采用瞬變電磁和音頻電探測進行5228 巷道富水情況分析，通過現(xiàn)場實測分析，得出如下成果：

（1）5528 順槽瞬變電磁探查顯示，3 個探測方向在迎頭左前方均有低阻異常，順層方向異常開口向2228 巷方向延伸，頂板異常相比較弱（如圖1，圖中橫坐標為巷道在水平方向的寬度，縱坐標為巷道在走向方向上的長度）。

圖1 5228 巷瞬變電磁超前探測俯角45°、順層和仰角45°方向成果圖

（2）8228 工作面音頻電穿透探測成果顯示，底板下兩層段均發(fā)現(xiàn)2 處低阻異常區(qū)域，1 號異常區(qū)域位于2228 巷里程2200～2050 m 和5228 巷里程2160～2140 m、2120～2020 m。

綜合井下物探探查結果，發(fā)現(xiàn)在5228 順槽前方存在一定富水異常和構造異常；工作面下方0～100 m 范圍內存在著富水異?，F(xiàn)象，并且異常體基本呈現(xiàn)為傾斜狀態(tài)分布。

2.2 地面CSAMT 探查分析

CSAMT 探測的突水區(qū)位于塔山礦二盤區(qū)，奧灰頂界面標高約900 m。根據(jù)煤田勘查資料統(tǒng)計，巖溶發(fā)育層段為奧陶頂界以下7.84～209.24 m 之間，多發(fā)育在距頂界面150 m 范圍內，巖溶在標高700～900 m 之間一般發(fā)育較強，隨著埋深加大巖溶發(fā)育明顯變差[1-6]。取得的主要成果如下：

根據(jù)綜合三維地震資料、水平電阻率切片圖、電阻率斷面圖等資料，結合礦井現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)，確定本次2228 巷道存在多處突水位置，突水位置分散距離總計約200 m。根據(jù)探測結果能夠分別得出2228 巷道及5228 巷道走向電阻率斷面圖，如圖2所示。

圖2 沿2228 巷、5228 巷電阻率斷面圖

圖2（a）為沿2228 巷走向的電阻率斷面圖，圖中橫坐標1360 m 處為2228 巷迎頭位置，由圖可見迎頭位置正處于低阻異常區(qū)的上方，且迎頭前方約150～200 m 范圍仍然處于異常區(qū)內；圖2（b）為沿5228 巷走向的電阻率斷面圖，圖中橫坐標1300 m 處為5228 巷迎頭位置，由圖可以看出5228 巷也正處于低阻異常區(qū)的上方，且迎頭前方200 m 范圍內仍然處于異常區(qū)內。

根據(jù)本次高程800 m 處的電阻率水平切片圖，結合三維地震解釋成果，圈定了本次2228 巷與奧灰水的水力聯(lián)系范圍，如圖3 所示。

圖3 2228 巷突水與奧灰水水力聯(lián)系范圍

綜上分析可知，5228 巷和2228 巷前方均存在一定富水異常和構造異常，在工作面下0～100 m 范圍內有富水異常體分布，且異常體形態(tài)呈傾斜狀；地面三維地震和CSAMT 綜合物探顯示，在突水異常區(qū)發(fā)現(xiàn)一疑似陷落柱及三條斷層。因此8228 工作面突水為奧灰含水層通過一疑似導水陷落柱涌入巷道。

3 突水治理方案

3.1 治理方案

根據(jù)上述井上下綜合物探分析結果，結合工作面的具體地質條件，確定2228 巷道和5228 巷道本次突水水源為奧灰水。8228 工作面突水為奧灰含水層通過一疑似導水陷落柱涌入礦坑的突水事件。因此，本次治理工程以治理疑似導水陷落柱為基礎進行方案設計。

根據(jù)工程情況，設計先通過地面骨料孔對陷落柱內的空洞區(qū)域進行有效充填，充填完成后再對奧灰頂部和8#煤層底板隔水層下部進行注漿加固，具體方案設計如下：

施工4 個地面定向鉆孔，編號分別為XG1、XG2、XZ1 和XZ2，其中XG1、XG2 為骨料孔和頂?shù)装寮庸炭?，XZ1 和XZ2 為三層水平鉆孔，鉆孔主要為注漿堵水及隔水層加固，層間距20 m。第一層（底層）布置于奧灰頂面下30 m，共設計10個水平鉆孔，間距40 m；第二層布置于奧灰頂面下10 m，設計3 個水平鉆孔，孔間距80 m；第三層布置于奧灰頂面上10 m，設計水平鉆孔2 個，孔間距80 m。

鉆孔地面布置位置見圖4（a），注漿分支水平孔布置見圖4（b）、4（c）、4（d）。

圖4 地面鉆孔、骨料孔及注漿鉆孔布置示意圖

（1）骨料孔。主要是探查陷落柱頂部空腔并對其進行骨料充填、加固，防止工作面回采過程中頂板發(fā)生坍塌和抽冒，威脅工作面采掘安全。

XG1、XG2 鉆孔結構：① 一開直孔段，0～50 m，孔徑Φ311 mm，下入Φ244.5 mm×8.94 mm孔口管，水泥固井，隔離第四系及裸露基巖段地層。② 二開定向導斜段，地面至陷落柱頂部空腔，孔徑Φ216 mm，下入Φ177.8 mm×8.05 mm 套管，水泥固井。

（2）注漿孔。注漿孔主要是陷落柱邊界探查、注漿截流、注漿加固和檢查效果等作用。

XZ1、XZ2 鉆孔結構：① 一開直孔段，0～50 m，孔徑Φ311 mm，下入Φ244.5 mm×8.94 mm 孔口管，水泥固井，隔離第四系及裸露基巖段地層。②二開定向導斜段，50 m 至奧灰目標層，孔徑Φ216 mm，至奧灰頂面下30 m，接近順層，下入Φ177.8 mm×8.05 mm 套管，水泥固井。③ 三開定向水平段，孔徑152 mm，至奧灰（地面水平位移約260 m，即奧灰著陸點距離孔口位置水平距約為260 m），開始順層鉆進[7]。

本次骨料孔灌注的骨料以細沙為主，依據(jù)見空規(guī)?？杉尤脒m量直徑10 mm 以下的石子；骨料孔以3～50 mm 的石子為主，可加入少量河沙。注漿孔材料采用水泥漿，水泥采用32.5R 普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5～0.6。

3.2 效果分析

8228 工作面采用地面定向鉆進及注漿加固為主要手段，截源的同時對采掘煤層相應頂?shù)装暹M行注漿加固，以治理疑似導水陷落柱為基礎。方案實施時，共計布置4 個地面定向鉆孔，20 個注漿鉆孔，地面鉆孔工程量為260 m，注漿鉆孔工程量為400 m，注漿量為80 t。陷落柱處理方案實施完畢，兩個月后進行回采作業(yè)，回采期間正常涌水量為3 m3/h，無突水現(xiàn)象出現(xiàn)，有效實現(xiàn)8228 工作面奧灰水害綜合治理和恢復工作面正常采掘生產，成功釋放約200 萬t 煤炭資源。

4 結論

（1）通過井上下物探分析可知，8228 工作面下0～100 m 范圍內有富水異常體分布，且異常體形態(tài)呈傾斜狀；工作面突水異常區(qū)發(fā)現(xiàn)一疑似陷落柱及三條斷層。推斷出8228 工作面突水為奧灰含水層通過一疑似導水陷落柱涌入巷道。

（2）根據(jù)8228 工作面地質條件，結合物探分析結果，確定治理工程采用地面定向鉆進及注漿加固為主要手段，截源的同時對采掘煤層相應頂?shù)装暹M行注漿加固，以治理疑似導水陷落柱為基礎，最終實現(xiàn)8228 工作面奧灰水害綜合治理和恢復工作面正常采掘生產。