張鵬

（開(kāi)灤（集團(tuán)）錢家營(yíng)礦業(yè)分公司，河北 唐山 063301）

錢家營(yíng)礦共有7 個(gè)含水層，且5 煤層頂板砂巖裂隙含水層為礦井主要充水含水層，7 煤層又是礦井主采煤層，5 煤層頂板砂巖裂隙含水層對(duì)礦井7煤層頂板水補(bǔ)給充分（礦井涌水量將近80%來(lái)自于5 煤層頂板砂巖裂隙含水層水）。目前礦井7 煤層開(kāi)采主要分布于十采區(qū)，雖然以往十采區(qū)7 煤層各個(gè)工作面也提前實(shí)施物探、鉆探等工程，但在實(shí)際回采過(guò)程中，只施工物探及鉆探的防治水工程對(duì)保證工作面正常安全生產(chǎn)的效果不理想，2076 東工作面回采前在工作面實(shí)施了音頻電透視及無(wú)線電坑透物探，并對(duì)物探結(jié)果進(jìn)行了充分驗(yàn)證，且在運(yùn)道外部施工了1 條泄水巷，保證了工作面不會(huì)發(fā)生水害事故，但未充分考慮細(xì)節(jié)問(wèn)題，如2076 東在回采初期突然出水時(shí)，由于里部有一小洼坑，且泵排水工作不理想，造成了運(yùn)道里部一段距離出現(xiàn)拉水煤現(xiàn)象，影響工作面安全高效生產(chǎn)，因此，對(duì)礦井7 煤層大水工作面的水害綜合防治研究更顯得尤為重要。

1 工程概況

工作面位于井田東翼十采區(qū)西翼，工作面下方為-780 東、西翼軌道大巷，-780 東、西回風(fēng)巷。其中-780 東回風(fēng)巷東側(cè)有十采下部運(yùn)斜石門、十采區(qū)專用回風(fēng)巷。同煤層傾斜上方2076 西工作面已回采完畢，傾斜下方暫無(wú)工作面。其它煤層暫無(wú)工程。工作面標(biāo)高-731.5—-696.3 m，工作面平均走向長(zhǎng)1 191.1 m，傾斜長(zhǎng)199 m，煤層厚度1.2～5.6 m，平均煤厚3.3 m，煤層厚度變化較大，工作面內(nèi)部受構(gòu)造影響局部煤厚小于0.7 m；煤層傾角1°～10°，平均5°，煤層上部含1 層厚0～1.0 m粉砂巖夾矸，平均0.5 m，煤層走向在N60°～N95°，工作面大部分區(qū)域煤層走向平緩。

2 工作面地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

工作面地質(zhì)條件較復(fù)雜，工作面掘進(jìn)時(shí)共揭露斷層22 條，落差0.5～ 4.5 m。其中對(duì)回采影響較大的有7 條，影響較小的有2 條，切眼及停采線以外的有13 條。受2077 西-f1、f2、f3 斷層的影響，工作面內(nèi)部存在M＜1.3 薄煤區(qū)和M＜2.0 煤層變薄區(qū)域，造成掘進(jìn)時(shí)風(fēng)、運(yùn)道破板厚度增加，局部甚至全巖，沿掘進(jìn)方向影響約36 m，沿?cái)鄬幼呦蛳蚬ぷ髅鎯?nèi)延展約196 m。2077 西切眼西部位于南陽(yáng)莊背斜軸部區(qū)域，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育密集，煤層厚度及起伏變化較大，其中，f7H=3.0∠62°、f9H=3.0∠24°、f11H=4.5∠65°、f14H=1.8∠61°、f15H=2.0∠56°、f18H=1.8∠31°等斷層落差較大，造成掘進(jìn)時(shí)破板厚度增加，局部甚至全巖，斷層附近頂板破碎，易冒落。據(jù)7 煤層地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)分析，在回采過(guò)程中還可能揭露一定數(shù)量的隱伏地質(zhì)構(gòu)造。

7 煤層頂板為砂巖裂隙弱含水層，上覆5 煤層頂板含水層富水性中等，局部較強(qiáng)，對(duì)該區(qū)域7 煤層頂板補(bǔ)給充分，特別是在斷層及裂隙發(fā)育時(shí)，5煤層頂板含水層水滲透性極強(qiáng)，7 煤層工作面放頂后及遇斷層裂隙發(fā)育區(qū)段時(shí)有可能出現(xiàn)較大涌水，因此根據(jù)2077 西工作面周邊區(qū)域水文地質(zhì)資料分析預(yù)計(jì)，回采期間正常涌水量為1.36 m3/min，最大涌水量為2.04 m3/min。

3 超前探查

3.1 區(qū)域超前探查

工作面回采前通過(guò)在2077 泄水石門采取超前探查孔的方式，使該區(qū)域水壓降至1.4 MPa，為工作面回采創(chuàng)造了良好的水文地質(zhì)條件，鉆孔平面圖如圖1 所示。

圖1 區(qū)域超前探查鉆孔平面圖Fig.1 Area advanced detection drilling hole plane

3.2 工作面物探技術(shù)

采用礦井音頻電透視技術(shù)在2077 西工作面的上風(fēng)道、下運(yùn)道施工，探測(cè)工作面頂板以上0～40 m 層段、41～80 m 層段含水層中含水性相對(duì)低阻區(qū)的分布范圍、走向及其含水性的相對(duì)強(qiáng)弱等特征，探測(cè)控制2077 西工作面長(zhǎng)度1 200 m。從電法角度對(duì)工作面水文地質(zhì)條件予以初步評(píng)價(jià)，為工作面回采的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供參考資料（圖2）。

圖2 2077 西工作面探測(cè)示意Fig.2 No.2077 west Face detection

0～40 m 高度層段：2077 西工作面頂板上0～40 m 高度層段內(nèi)巖層的視電導(dǎo)率閾值在15～160間變化，平均值為37、標(biāo)準(zhǔn)偏差為14。其中有3個(gè)視電導(dǎo)率閾值≥30 的異常條帶，從切眼至停采線依次編號(hào)為1、2 和5 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)（表1）。

表1 頂板以上0～40 m 高度層段相對(duì)低阻區(qū)分布情況統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics on the distribution of relatively lowresistance areas in the 0～40 m height section above the roof

煤層以上0～40 m 高度層段巖層視電導(dǎo)率值橫向分布特征如下。

（1）1 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)位置在靠近上風(fēng)道和切眼附近，強(qiáng)度弱、范圍較小，推測(cè)為掘進(jìn)機(jī)干擾所致。

（2）2 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)位置在切眼向外150～500 m 區(qū)域，強(qiáng)度強(qiáng)、范圍廣，推測(cè)為巖層裂隙發(fā)育富水所致。

（3）5 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)位置在停采線區(qū)域，強(qiáng)度較強(qiáng)、范圍小，推測(cè)為巖層裂隙發(fā)育或干擾所致。

41～80 m 高度層段：2077 工作面頂板上41～80 m 高度層段內(nèi)巖層的視電導(dǎo)率閾值在15～100 變化，平均值為41、標(biāo)準(zhǔn)偏差為21。其中有5 個(gè)視電導(dǎo)率閾值≥30 的異常條帶從切眼至停采線依次編號(hào)為1、2、3、4 和5 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)域（表2）。

表2 頂板以上41～80 m 高度層段內(nèi)相對(duì)低阻區(qū)分布情況統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics on the distribution of relatively lowresistance areas in the 40～80 m height section above the roof

煤層以上41～80 m 高度層段巖層視電導(dǎo)率值橫向分布特征如下。

（1）1 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)位置在靠近上風(fēng)道和切眼附近，強(qiáng)度弱、范圍較小，推測(cè)為掘進(jìn)機(jī)干擾所致。

（2）2 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)位置在切眼向外150～370 m 區(qū)域，強(qiáng)度強(qiáng)、范圍廣，推測(cè)為巖層裂隙發(fā)育富水所致。

（3）3 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)位置在切眼向外450～500 m 區(qū)域，強(qiáng)度強(qiáng)，范圍廣，推測(cè)為巖層裂隙發(fā)育富水所致。

（4）4 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)位置在切眼向外900～950 m 區(qū)域，強(qiáng)度弱，范圍小，推測(cè)為巖層裂隙發(fā)育或底板積水干擾所致。

（5）5 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)位置在停采線區(qū)域，強(qiáng)度較強(qiáng)、范圍小，推測(cè)為巖層裂隙發(fā)育或干擾所致。

煤層上巖層視電導(dǎo)率值縱、橫向分布特征。

1、2 和5 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)位置在0～80 m 高度層段縱、橫向位置基本吻合。其中2 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)在41～80 m 高度層段呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)，橫向不連續(xù)，分離為2 和3 號(hào)。4 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)在0～40 m高度層段沒(méi)有呈現(xiàn)，推測(cè)縱向不連續(xù)。

音頻電透視探測(cè)成果顯示如圖3 所示。

圖3 2077 西工作面頂板巖層含水性音頻電透視探測(cè)立體成果圖Fig.3 The three-dimensional result map of water-bearing audio-frequency electric perspective detection of roof strata in No.2077 west Face

（1）1、4 和5 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)富水可靠性不強(qiáng)。

（2）2 和3 號(hào)相對(duì)低阻區(qū)域強(qiáng)度強(qiáng)、范圍大，且縱、橫向連續(xù)性較好。

3.3 工作面超前探查

7 煤層頂板含水層為弱含水層，上覆5 煤層頂板含水層富水性中等，局部較強(qiáng)，對(duì)7 煤層頂板水補(bǔ)給充分，因此5 煤層頂板含水層水對(duì)該工作面回采有影響。根據(jù)以往水文地質(zhì)資料分析，該工作面相對(duì)低阻區(qū)已在上鄰2076 西運(yùn)道實(shí)施了超前探查孔，為了進(jìn)一步降低工作面水壓及涌水量，同時(shí)驗(yàn)證該區(qū)域及工作面超前探查孔效果，在2077 西運(yùn)道向煤層深部施工超前探查孔，鉆孔平面圖如圖4所示。

圖4 2077 西運(yùn)道超前探查鉆孔平面圖Fig.4 The advanced detection drilling plane of No.2077 west transport roadway

工作面運(yùn)道共施工6 個(gè)超前探查鉆孔，總工程量834.5 m，累計(jì)放出水量2 325.66 m3，根據(jù)2 號(hào)鉆孔實(shí)測(cè)水壓，工作面水壓由1.4 MPa 降至0.4 MPa。

4 施工安全有效的防排水工程

2077 西運(yùn)道走向長(zhǎng)約1 232 m，通過(guò)對(duì)2077西運(yùn)道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，運(yùn)道受煤層走向影響，無(wú)法達(dá)到自然順排水條件（圖5），如果工作面涌水突然增大，僅通過(guò)泵排水的方法無(wú)法保證工作面的安全高效生產(chǎn)，且也將會(huì)給排水工作帶來(lái)極大不便。

圖5 2077 西運(yùn)道剖面圖Fig.5 The profile of No.2077 west transport roadway

綜合治理情況：在2077 西運(yùn)道尾巷施工1 條泄水巷至2077 西泄水石門；在運(yùn)道外部施工1 條泄水巷至十采五中。2077 西整體排水設(shè)計(jì)方案共3部分：運(yùn)道556 m 至切眼范圍內(nèi)，水由運(yùn)道經(jīng)里部泄水巷、2077 泄水石門最終流向-850 東大巷；運(yùn)道556 m 至運(yùn)道397 m 范圍內(nèi)，水由運(yùn)道經(jīng)外部泄水巷、十采五中最終流向-780 大巷；運(yùn)道397 m至設(shè)計(jì)停采線范圍內(nèi)，水由運(yùn)道經(jīng)外部泄水巷、十采五中最終流向-780 東大巷。同時(shí)在里部、外部泄水巷施工簡(jiǎn)易擋水墻，里部泄水巷共4 道，外部泄水巷共4 道，且在外部泄水巷開(kāi)口處施工1 處沉淀池，沉淀池引出2 趟8 存排水管至十采五中。運(yùn)道局部須下臥，工程量525 m，并在切眼至設(shè)計(jì)停采線之間行人側(cè)施工1 條水溝。排水系統(tǒng)路線圖如圖6 所示。

圖6 2077 西排水系統(tǒng)路線圖Fig.6 The roadmap of No.2077 west drainage system

2077 西在回采過(guò)程中采面未出現(xiàn)滴淋水現(xiàn)象，初期放頂后老塘水水量0.5 m3/min，回采結(jié)束時(shí)老塘水水量0.2 m3/min，回采過(guò)程中工作面涌水未對(duì)生產(chǎn)造成影響，均按制定防排水路線排出，綜合治理方案取得了顯著效果，確保了2077 西工作面安全高效生產(chǎn)，同時(shí)也為今后開(kāi)采主要充水含水層下大水工作面的綜合防治積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)論

（1）在高壓富水含水層中施工首要任務(wù)是“治水”，通過(guò)超前探查孔的施工，將含水層中裂隙水引至鉆孔中，避免巷道施工中集中涌水的出現(xiàn)，保證施工安全及進(jìn)度。

（2）設(shè)立井下專用測(cè)壓孔可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)含水層水位，通過(guò)與井上含水層觀測(cè)孔的結(jié)合使用能更準(zhǔn)確了解區(qū)域含水層水位，為生產(chǎn)提供水文參數(shù)。

（3）在高壓富水且具有軟巖的巷道施工中，需堅(jiān)持探查-疏水-掘進(jìn)施工-探查-疏水-掘進(jìn)施工循環(huán)探查方法，堅(jiān)持先治理后施工、不治理不施工的工作方針，避免出現(xiàn)水害事故。