張 航

（陜西澄城董東煤業(yè)有限責任公司，陜西 澄城 715200）

引言

某煤礦主采5 號煤層，煤層底板標高為＋210～+370 m，其煤層下伏奧灰含水層（+371 m）均高于5 號煤層底板標高，屬于承壓開采，即奧灰含水層為礦井的主要突水威脅，礦井水文地質類型為復雜型。

1 工作面概況

1.1 A 工作面概況

某煤礦A 工作面位于曹莊村保安煤柱以南，莊頭村以東。井下位于501 采區(qū)南部區(qū)段，北臨A 工作面，東接501 采區(qū)南部集中回風巷，走向長716 m，傾斜長100 m。5 號煤層厚2.2～4.6 m，平均厚3.2 m，一般含夾矸一至二層，夾矸不穩(wěn)定，厚0.2～2.0 m，夾矸多為炭質泥巖或鋁土質泥巖。工作面進風順槽揭露，停采線向里196～420 m 范圍煤層變薄，厚度為1.1～2.5 m。

5 號煤基本頂為砂質泥巖、粉砂巖、石灰?guī)r，呈灰黑色，含植物碎片化石及黃鐵礦結核，厚1.1～7.5 m，直接頂變化較大，為砂質泥巖、粉砂巖、石灰?guī)r，厚1.2～3.9 m。基本頂與直接頂間夾一層4 號煤，厚0.1m～0.3 m，直接頂和4 號煤不穩(wěn)定，個別地段缺失，相變?yōu)樘抠|泥巖偽頂或5 號煤合層。5 號煤底板為石英砂巖、粉砂巖、砂質泥巖，厚0.5～6.2 m。

1.2 A 工作面構造分布概況

A 工作面總體處于一單斜構造，預計局部背向斜較為發(fā)育，工作面北高南低，西高東低，煤巖層傾向SE，傾角為3°～10°。三維地震勘探資料顯示：在A工作面南部發(fā)育一正斷層DF12，斷層走向基本為NE向，傾向NW，落差為0～40 m，由于DF12 斷層落差較大，預計上盤煤系地層與下盤奧灰含水層對接，如圖1 所示。兩順槽及切眼揭露地質資料顯示，工作面共發(fā)育斷層16 條，最大落差1.9 m，最小落差0.5 m。工作面圈定之后開展了槽波探查工程，槽波探查成果，如圖2 所示。

1.3 A 工作面水文地質概況

A 工作面上覆含水層為K4、K*、K中砂巖含水層，K*距5 號煤層9.4～15.5 m，K 中距5 號煤層31.9～46.2 m，其富水性弱至中等。下伏含水層為K2灰?guī)r和奧灰?guī)r溶含水層，K2灰?guī)r含水層上距5 號煤層15.3～24.2 m，奧灰?guī)r溶含水層上距5 號煤層33.4～45.6 m，鋁質泥巖厚4.5～10.4 m。5 號煤底板標高+283.0～+307.0 m，根據(jù)勘探資料顯示，K2灰?guī)r含水層靜水位+408.8 m，根據(jù)某煤礦井下K2觀測孔觀測顯示，K2含水層的水位標高為+316 m，根據(jù)澄合礦區(qū)奧灰?guī)r溶含水層區(qū)域水位為+371m，屬承壓開采，K2灰?guī)r含水層最大突水系數(shù)為0.082 MPa/m。奧灰?guī)r溶含水層最大突水系數(shù)為0.026 MPa/m，小于臨界值0.06 MPa/m。根據(jù)澄合礦區(qū)底板破壞深度經驗公式預計，在底板巖層完整的情況下，底板破壞裂隙不會發(fā)育至K2含水層。在工作面范圍內，底板有效隔水層完整的情況下，奧灰水不會直接進入采掘工作。在構造發(fā)育區(qū)段，底板K2和奧灰含水層對采掘工作影響較大。

1.4 A 工作面水害治理工程概況

工作面回采前均完成了工作面底板水害注漿治理工程、相鄰50110 工作面采空區(qū)探查及疏放工程、A工作面頂板水害探查及疏放工程。

2 工作面突水情況及原因分析

2.1 工作面突水情況

2022 年2 月4 日23 時，A 回采工作面推采至距離停采線355 m 處工作面，42 號支架采空區(qū)側出水約60 m3/h，2 月5 日19 時該出水量增加至約130 m3/h（經化驗為奧灰水），工作面總涌水量達到230～240m3/h。根據(jù)《煤礦防治水細則》及突水點水量判定，此次為中等突水點。

2.2 出水原因分析

經過對A 工作面此次出水情況及前期治理情況研究討論分析，出水原因有以下三點：一是工作面整體沿南側DF12（0～40 m）正斷層走向布置，并位于斷層上盤，根據(jù)附近鉆孔資料，斷層下盤的奧灰?guī)r溶含水層與工作面下部的K2灰?guī)r含水層直接對接，導致工作面底部受奧灰?guī)r溶水的補給非常強[1]。二是工作面兩順槽及北部臨近工作面小斷裂構造發(fā)育，導致煤巖體破碎，煤層底板隔水性能差，加之南鄰DF12 斷層，附近隱伏導水通道較為發(fā)育。三是工作面推采較為緩慢，受應力疊加影響，中部壓力較大，導致煤巖體破碎，煤層底板隔水性能減弱，水源補給性強，導致工作面中部出水。

3 治理方案及效果

3.1 治理方案

通過有關專業(yè)部門對出水情況進行分析，需重新對A 工作面出水點位置及剩余回采范圍詳細探查，查清工作面的隱伏導水通道及富水異常區(qū)域，徹底對剩余回采范圍進行治理，確保安全回采。委托西安科技大學重新對A 工作面出水點及剩余回采范圍進行直流電法探測，根據(jù)探測結果分批次對該出水點及剩余回采范圍進行治理。共施工鉆孔6 個，終孔層位為K2底板，鉆探工程量總426.8 m。6 個鉆孔均采用425號普通硅酸鹽水泥,漿液水灰質量比：1∶0.3～1∶0.5，達到以下標準后方可結束注漿。

1）注漿量<35 L/min。

2）工作面注漿孔口壓力達到靜水壓力的1.5～2倍以上，單孔注漿結束時應達到的壓力為4.0～5.0 MPa。

3）孔內出水量<1 m3/h。

3.2 治理效果

1）第一階段治理效果。2 月8 日—22 日完成第一階段補1、補2 孔的施工。補1 孔鉆探進尺72 m，出水量20 m3/h，補2 孔鉆進進尺63 m，出水量3 m3/h，兩個鉆孔均采用純水泥漿的注漿方式，兩個鉆孔注水泥量分別2.9 t、6.4 t，壓力持續(xù)穩(wěn)定至5.0 MPa，最終鉆孔內不出水，封孔。經過加壓并持續(xù)注漿，對出水點導水通道進行了封堵。

補1 孔出水量較大，為20 m3/h，經過注漿治理后，施工的補2 孔對補1 孔治理效果進行驗證，出水量減小為3 m3/h，再經過對補2 孔進行加壓注漿后，有效控制了出水點的涌水量且出現(xiàn)較小趨勢，23 日出水點水量開始減小，最終減小至60～70 m3/h，工作面整體涌水量從230～240 m3/h 減小至160～170 m3/h，水量穩(wěn)定，再無異常增大。

2）第二階段治理效果。2 月23 日—3 月3 日完成第一階段補3、補4 孔的施工。補3 孔鉆探進尺75 m，出水量20 m3/h，補4 孔鉆進進尺76 m，出水量15 m3/h，兩個鉆孔均采用純水泥漿的注漿方式，兩個鉆孔注水泥量分別5.5 t、6.0 t，壓力持續(xù)穩(wěn)定至5.0 Mpa，最終鉆孔內不出水，封孔。經過加壓并持續(xù)注漿，對出水點導水通道及外段富水異常區(qū)域進行了治理。補3、補4孔出水量均較大，分別為20 m3/h、15 m3/h，經過對兩個探查孔進行注漿治理后，有效地對導水裂隙進行封堵，控制了出水點的涌水量，工作面整體涌水量減小至140～150 m3/h，水量穩(wěn)定，再無異常增大。

3）后續(xù)治理安排。目前正在進行第三階段的施工，根據(jù)工期安排，預計3 月底完成整個探查治理工程。工作面整體回采完成后，在兩順槽巷口分別施工一道擋水密閉墻，減少采空區(qū)水對整個礦井的影響。

4 應急組織措施

為了保障工作面安全生產正常運行、排水系統(tǒng)可靠、水害應急管理規(guī)范、各項措施齊全、生產組織合理，于2022 年2 月6 日在公司三樓辦公室召開了專題會議并成立領導小組，對公司A 工作面水害應急工作進行全面安排部署。

4.1 成立領導小組

公司決定成立公司A 工作面水害應急工作運行領導小組，領導小組下設辦公室，辦公室設在地測部，由地測部部長任辦公室主任，負責A 工作面水害應急工作中的督導和各項事宜的協(xié)調工作。

4.2 水害應急組織措施

地測部負責跟蹤落實各項工作進展情況，每班安排專人觀測A 工作面出水點水量變化情況，每小時匯報調度室，調度室匯報礦業(yè)公司調度室。調度室負責協(xié)調處理各項工作實施中存在問題，并跟蹤落實各項工作開展情況，記錄工作面出水量匯報記錄，及時向領導及礦業(yè)公司調度室匯報工作面水量變化情況。機電部負責排水系統(tǒng)能力提升、供電系統(tǒng)可靠及有關設備調撥。關于排水能力的提升，工作面及系統(tǒng)均按照排水能力與出水量比例為2∶1 來布置排水設備及設施。

1）A 工作面30～43 號架處再安裝2 臺30 kW 水泵，共計4 臺，回風端頭至回風聯(lián)巷水倉處鋪設兩趟Φ160 排水管路，將工作面的出水分流至回風巷口水倉內，減小進風巷端頭的排水壓力。進風端頭至南部集中回風巷5 號水倉處再鋪設一趟Φ160 備用排水管路，進風端頭再備用2 臺100 kW 水泵，共計4 臺，將A 工作面排水能力由300 m3/h 提升至500 m3/h。

2）采區(qū)南部內、外水倉分別更換一臺55 kW 水泵。南部集中回風5 號水倉至井底大巷水溝鋪設一趟Φ160 備用排水管路。采區(qū)南部內、外水倉排水能力由400 m3/h 提升至500 m3/h。

3）中央水泵房兩臺MD-280 水泵替換為兩臺MD-155 離心泵，中央水泵房排水能力由800 m3/h 提升至1 200 m3/h。通風隊負責安裝A 工作面兩順槽局部通風系統(tǒng)，避免突發(fā)水害阻斷風流，工作面兩巷形成局部通風系統(tǒng)后，可保證工作面安全作業(yè)通風環(huán)境。生產技術部負責工作面的頂板維護、支架狀態(tài)管理及勞動組織。對被水沖刷支架下陷的地方，必須打單體加強支護，底座、工作溜底下用板梁、渣袋進行支墊，確保支架支護狀態(tài)。對片幫嚴重的地方進行錨網索支護，并及時注漿加固，護幫板打設到位。供應部負責水害應急工作期間的物資材料供應工作。及時調配或購置水害應急各項工作所需的管路、水泵、風筒等材料，確保滿足水害應急現(xiàn)場施工材料和時間節(jié)點需要。綜采隊安排好A 工作面水泵工每班清理進風端頭、工作面、5 號水倉水泵吸水口周邊煤泥煤渣，維持水泵正常排水效率，發(fā)現(xiàn)水泵抽排水不力或是其他異常狀況時，立即聯(lián)系當班跟班隊長及電工，第一時間檢修處理，若電工檢查后確認水泵損壞，立即上報調度室，調度室聯(lián)系機電部做好協(xié)調更換水泵事宜。每班派專人排查檢查工作面與兩順槽電氣設備、管路連接情況，及時處理排查問題。安監(jiān)部安排2 名安檢員，隨時觀察工作面架后及采空區(qū)的水情，發(fā)現(xiàn)異常立即匯報給調度室或防治水辦公室，并及時采取相應措施。

5 結語

通過對某煤礦A 回采工作面底板突水的原因分析，并在地質、水文地質資料分析的基礎上，通過物探、鉆探基本找出了突水通道，并以“防治”結合的治理措施，對底板突水進行了治理、預防，有效防范了此次突水造成的損失，為出現(xiàn)類似突水事故的預防和處理上提供一定實踐經驗。