李小軍

霍州煤電集團(tuán)金能煤業(yè)有限公司 山西 霍州 031400

1 前言

水文地質(zhì)條件對(duì)采礦危害較大，隨著采礦深度的日益擴(kuò)大，礦山的水文條件出現(xiàn)了較大改變，水害類型越來(lái)越復(fù)雜，嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)[1]。隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采的逐步向著西部轉(zhuǎn)移，西部的煤炭產(chǎn)量約占我國(guó)總量的 6成以上。西部地區(qū)的含煤地層總體來(lái)說(shuō)形成時(shí)間較晚、成巖的差異較大。由于西部地質(zhì)條件的特殊性，在進(jìn)行煤炭開(kāi)采活動(dòng)中出現(xiàn)了許多礦井水害問(wèn)題，如突水突泥、突水水量大、采動(dòng)覆巖破壞嚴(yán)重等[2]，因此，對(duì)西部礦井開(kāi)采活動(dòng)中的防治水，也應(yīng)加速研究，以保障西部特殊水文地質(zhì)條件下礦井的安全開(kāi)采。本文以金能礦為研究對(duì)象，對(duì)水文地質(zhì)條件及水害治理作出一定的研究。

2 礦井水文地質(zhì)特征

金能礦位于山西省忻州市靜樂(lè)縣城東北泉北村-曹峪村一帶，井田面積20.42km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為120萬(wàn)噸/年。金能礦地質(zhì)為侵蝕性黃土低山區(qū)。礦井煤層埋深較淺，且存在季節(jié)性洪水、礦井含水層涌水現(xiàn)象十分常見(jiàn)，涌水量和涌水水壓較大。為了保證礦山的生產(chǎn)安全，對(duì)該礦水文地質(zhì)進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)對(duì)水害防治的措施。礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造為南西單斜構(gòu)造，根據(jù)資料可知地層的傾角為 3°～14°，平均約為5°。在井田范圍內(nèi)的地表無(wú)基巖露出，地層均為第三系、第四系覆蓋，礦區(qū)的地層由老至新分別由奧陶系中統(tǒng)峰組，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組，第三系上新統(tǒng)、第四系中上更新統(tǒng)以及全新統(tǒng)。其中奧陶系中統(tǒng)峰組為含煤巖系之基底，石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組為井田內(nèi)主要含煤地層。

金能礦的1201工作面水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，奧灰水靜止水位的標(biāo)高平均為+900米，工作面煤層底板的標(biāo)高為771-831米，低于奧灰靜止水位標(biāo)高69-129米，屬帶壓開(kāi)采，煤層底板最大突水系數(shù)為0.019MPa/m，當(dāng)采區(qū)在沒(méi)有構(gòu)造導(dǎo)水的情況下，工作面較為安全?？紤]到工作面的構(gòu)造較發(fā)育，隨意導(dǎo)致構(gòu)造導(dǎo)水不能及時(shí)排除，易造成工作面出現(xiàn)水害?；夭汕耙褜?duì)同層相鄰工作面采空積水進(jìn)行了探放，發(fā)現(xiàn)打通后采空區(qū)后均無(wú)水，所以采空積水對(duì)工作面回采無(wú)影響；對(duì)同層相鄰工作面采空積水進(jìn)行了探放，發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)給水水量分別為3m3/h、6m3/h，水量對(duì)工作面回采幾乎無(wú)影響。同時(shí)根據(jù)資料可以看出工作面得頂板砂巖含水層儲(chǔ)水是工作面主要的充水因素，當(dāng)工作面持續(xù)掘進(jìn)時(shí)，此時(shí)由于工程擾動(dòng)，造成工作面頂板出現(xiàn)裂隙，且裂隙的數(shù)量不斷增加，此時(shí)的頂板砂巖含水層的水會(huì)沿頂板裂隙和支護(hù)錨桿、錨索孔進(jìn)入到工作面中，影響工作面的正常生產(chǎn)。在正常情況下，工作面的水量一般僅表現(xiàn)為滴水、淋水的現(xiàn)象。工作面正常涌水量為5-10m3/h，最大涌水量為50m3/h。

當(dāng)煤層完成開(kāi)采后，此時(shí)巷道的上覆巖層出現(xiàn)破壞及運(yùn)移，此時(shí)覆巖形式“上三帶”，分別為垮落帶、裂隙帶及彎曲帶。三帶中垮落帶的空隙較大，且垮落帶的空隙間連通性強(qiáng)，這就造成了工作面水害。根據(jù)前人的研究可知，砂巖含水層由于其富水性不強(qiáng)，使得其含水層對(duì)工作面的影響不足以威脅到礦山生產(chǎn)，但考慮到后期隨著開(kāi)采深度及開(kāi)采時(shí)間的增大，含水層厚度及含水層的含水量逐步增大，對(duì)工作面的影響程度也在逐步增大，所以對(duì)工作面進(jìn)行防水是十分有必要的。

3 防治技術(shù)研究

為了對(duì)覆巖的三帶進(jìn)行研究，本文選定電阻率法來(lái)對(duì)覆巖的三帶進(jìn)行研究。電阻率法測(cè)定三帶技術(shù)主要是利用不同的破壞帶具有顯著的電阻率差異，來(lái)觀測(cè)上覆巖層的破壞過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)在工作面巷道的縱向工作面的開(kāi)采方向進(jìn)行施工，在施工頂板位置進(jìn)行垂直方向鉆孔，在觀測(cè)孔內(nèi)設(shè)置電極后，隨著工作面的推進(jìn)，觀測(cè)孔內(nèi)觀測(cè)系統(tǒng)將會(huì)反應(yīng)出采動(dòng)前、中的電性參數(shù)，從而在一定程度上反應(yīng)覆巖破壞帶發(fā)育的情況及規(guī)律。本文測(cè)試選用的設(shè)備為并行網(wǎng)絡(luò)電法儀，儀器最大的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)任意電極供電，電性參數(shù)可以在任意極端進(jìn)行測(cè)得。

在1201工作面進(jìn)行鉆孔，分別布置T1、T2 鉆孔位于 1201 下順槽處，T1 鉆孔與 1201下順槽的夾角設(shè)定為10°，朝向工作面推進(jìn)方向，鉆孔的仰角 設(shè)定為35°，鉆孔的孔深 67m，垂高為36m，平距 為57.6m；T2 鉆孔與 1201下順槽的夾角設(shè)定為10°，同樣朝向工作面推進(jìn)方向，觀測(cè)鉆孔的仰角為39°，布置孔深 74m，垂高和平距分別為 45m、57m。完成觀測(cè)鉆孔施工后，經(jīng)實(shí)際測(cè)量獲取實(shí)際的鉆孔參數(shù)，實(shí)際鉆孔參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)相差符合相應(yīng)的規(guī)定，在兩鉆孔內(nèi)分別布置電極系統(tǒng)，進(jìn)行三帶的測(cè)定。

兩個(gè)觀測(cè)鉆孔可以實(shí)現(xiàn)全程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以有效的獲得工作面受采動(dòng)影響前后頂板的特征，同時(shí)選定初始狀態(tài)以及頂板破壞后的電阻率剖面圖進(jìn)行對(duì)比反應(yīng)覆巖的變化情況。采動(dòng)前的電阻率剖面圖如1所示。

如圖1所示為采動(dòng)前電阻率剖面圖，從圖中可以看出電阻率結(jié)果圖像采用統(tǒng)一圖標(biāo)，藍(lán)綠色表示較低電阻率值區(qū)，紅色表示較高電阻率值區(qū)?？梢钥闯霾蓜?dòng)前初始狀態(tài)下T1和T2鉆孔觀測(cè)到的電阻率剖面圖較為穩(wěn)定，最大值均不超過(guò)200Ω.m，除極少范圍內(nèi)出現(xiàn)較大的電阻率，大部分位置的電阻率保持在40Ω.m左右，與正常的砂巖及泥巖層電阻率相差不大。

圖1 采動(dòng)前鉆孔電阻率剖面圖

采動(dòng)后的電阻率剖面圖如2所示。

如圖2所示分別為工作面回采過(guò)后 T1、T2 觀測(cè)孔測(cè)得的電阻率，可以看出此時(shí)的電阻率對(duì)比初始狀態(tài)有了一定幅度的提升，且升高的幅度較大，同時(shí)頂板的大面積范圍內(nèi)的電阻率均增大。對(duì) T1 鉆孔和 T2 鉆孔的電阻率分布特征的分析，得到兩鉆孔處間的覆巖垮落帶高度約為 16m 左右。通過(guò)電阻率數(shù)據(jù)可以得出導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育的高度遠(yuǎn)超預(yù)期，所以對(duì)工作面進(jìn)行防水處理是十分有必要的。

防治水的措施：

1）回采過(guò)程中嚴(yán)格按照要求進(jìn)行防治水施工。

2）頂板灰?guī)r裂隙水防治：工作面必須配備排水能力不小于最大涌水量?jī)杀兜呐潘O(shè)施及管路，并有備用水泵，壓風(fēng)、供水管預(yù)留接口做為備用排水管，并定期維護(hù)，確保其完好。

3）采空區(qū)積水防治：回采前按照專門(mén)探放水設(shè)計(jì)對(duì)1201工作面采空積水區(qū)進(jìn)行了探放，采空積水已放完，對(duì)工作面的回采無(wú)影響，但對(duì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)給水施工隊(duì)組定期按排人員排放。

4）奧灰水防治：掘進(jìn)中揭露的構(gòu)造現(xiàn)不導(dǎo)水，但回采中受采動(dòng)影響構(gòu)造滯后導(dǎo)水不能排除，回采前必須對(duì)工作面進(jìn)行坑透、瞬變電磁探測(cè)，異常區(qū)需進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，確保安全后方可回采?；夭蛇^(guò)程中構(gòu)造附近應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，如工作面發(fā)生底鼓、頂板來(lái)壓、裂隙增大、裂隙出現(xiàn)滲水、水質(zhì)清澈、穩(wěn)定、無(wú)臭味以及在遇構(gòu)造是出現(xiàn)滲水、涌水等突水征兆，應(yīng)立即匯報(bào)礦調(diào)度，撤出所有人員到安全地方，采取相應(yīng)的措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)金能礦的水文地質(zhì)進(jìn)行研究，以1201工作面為研究背景，通過(guò)原有資料配合電阻率法對(duì)覆巖的三帶進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)1201工作面的導(dǎo)水帶發(fā)育較好，為避免水害的發(fā)生，給出了相應(yīng)的防水措施，有效的保證了礦山的正常開(kāi)采。