孙疃煤矿104采区太原组灰岩水疏降方案

摘 要：本区太原组灰岩具有高承压、弱富水的特点，常规钻孔疏放难度大。本文系统的介绍了施工放水巷揭穿灰岩疏水降压的方法，对底板灰岩水防治具有一定参考价值。

关键词：灰岩；放水；疏干开采

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.055

1 概述

孙疃矿位于淮北煤田东南部，矿井内断层构造发育，各采区太灰水之间水力联系弱，水文地质条件分区特征明显；各采区边界大断层具有良好的隔水作用，104采区为相对独立的水文地质单元，太灰补给水源有限，可疏性强。

2 地质及水文地质概况

104采区主采煤层为二叠系山西组10煤层，采区面积3.3km2，地层平均倾角12°，工作面开采标高为-500m以下。三维地震勘探查明采区内发育断层183条，落差0～100m。地面钻探资料显示，10煤层下距太原组一灰顶界面平均间距58m，主要岩性为泥岩和粉砂岩，岩性较致密，隔水性能较好。

3 充水因素分析

（1）10煤层顶底板砂岩裂隙水。一般由2～4层中、细砂岩组成，厚度11～50m，平均厚度42.60m，裂隙一般不太发育，静止水位标高+22.62m，s=64.52mm，q=0.00181L/（s.m），富水性弱，水质为HCO3—Na类型。砂岩裂隙水通过淋、渗水形式进入作业工作面，是生产中的直接充水水源。（2）太原组灰岩水。地面钻孔揭露太原组地层总厚度131.52m，含灰岩12层，自上而下命名为一～十二灰，累计厚度69.53m，占太原组地层厚度的52.87%。钻探资料显示一灰厚度为0.5～2.8m，平均厚度为1.4m，一灰至二灰间距为1.5～4.6m，平均间距为3.8m，二灰厚度为1.2～5.3m，平均厚度为4.0m，二灰至三灰间距为1.1～7.8m，平均间距为6.6m，三灰厚度为10.2～14.5m，平均厚度为12.3m。矿井内太灰富水不均一，具有垂直分带性。以-350m标高为界，浅部-350m以上灰岩富水性强，深部-350m以下灰岩富水性逐渐减弱。太原组一～四灰抽水试验查明浅部q=0.826～1.576L/s.m，富水性中等～强；深部q=0.0052～0.058L/s.m，富水性弱。水位标高+1m～+21.12m，水质为HCO3-Mg.K+Na、HCO3·Cl-Na·Mg型。

4 水害分析及防治方法

10煤层顶底板砂岩裂隙水富水性弱，主要以淋、渗方式进入巷道，采取自然疏干、安泵排水即能满足安全生产需要；太原组灰岩水高承压、弱富水，威胁矿井生产安全，是水害治理的重点。掘进期间严格执行“预测预报、超前探查、先探后掘、先治后采”的防治水原则，结合104采区水文地质特点，采取施工揭穿灰岩的放水巷及灰岩内长距离顺层钻孔疏水降压，实现零压开采。

5 防治水工程设计

（1）物探及钻探设计。放水巷揭露灰岩前采取物探超前探查、钻探验证掩护的方法，每85m施工一次瞬变电磁，针对物探异常区及巷道前方施工探查钻孔，钻探控制超前距离不小80m，每循环最大允许掘进距离75m，确保超前距不小于30m；（2）布孔方案。物探完成后，在迎头靠近水沟一侧施工钻场。钻场要求：长×宽×高=5.5m×4.2m×3.2m，钻场打水泥地坪（厚150mm），建立排水系统。巷道底板距灰岩法距30m、15m时，分别施工1组底板探查钻孔，每组4孔且呈扇形布置，其中掘进方向2孔，两侧各1孔。终孔层位法距30m位置时分别控制在二灰、三灰；法距15m位置时分别控制在三灰、四灰。揭露灰岩后，若水量较小，采用ZDY-12000S型大功率钻机沿三灰施工长距离钻孔，充分揭露灰岩进行放水；（3）钻孔技术要求。各孔要有单孔设计，施工单位要编制施工安全技术措施。钻机安装要稳固，其底座锚杆或压车柱符合有关规定；采用全液压坑道安全机施工钻孔。各孔开孔采用Φ133mm钻进5.5m，下Φ127mm护壁管5m，扫孔到孔底并进尺0.5m，做耐压试验，试验压力不低于静水压力的1.5倍，稳定时间不小于30min。用Φ113mm刮刀钻头钻进至40米，下入Φ108mm止水套管，固管48小时，扫孔到孔底并进尺0.5m，冲净岩粉后，采用压水方式进行套管耐压试验。试验稳定压力不小于静水压力的1.5倍，钻孔吸水量小于20L/min，钻孔及周边无渗漏和套管无松动或顶出现象，稳定时间30min以上为合格。试压合格后安设高压闸阀，然后采用Φ75mm刮刀钻头钻进至终孔为裸孔，孔径Φ75mm。钻孔结束后，若钻孔无水，采取注浆封堵，原则上先稀后浓，当注浆工作压力上升时，调稀浆液浓度，缓慢达到结束标准。注浆结束标准：注浆压力达到6Mpa、进浆量小于20l/min、延续时间30min。若钻孔出水，进行疏放。

6 涌水量预计及防排水设计

采用比拟法预计10煤层顶底板砂岩裂隙水涌水量为5m3/h；采用裘布依承压水-潜水完整型公式[1]预计灰岩涌水量：

式中：Q—水平巷道涌水量，m3/d；L—水平巷道长度，302m；K—渗透系数，0.21 m/d；H—巷道处水位，H=422.707m；M—承压含水层厚度，35m；h—巷道内静止水位高度，0m；R—影响半径，，1937.09m。带入上式求得Q=928.65m3/d≈39m3/h。综上，预计巷道施工期间最大涌水量44m3/h。

放水巷按4‰上山施工且施工有排水沟，能够自流排水，矿井中央泵房排水能力2100m3/h，能够满足排水需要。

7 注意事项

钻孔施工过程中，出现大于5m3/h的涌水时必须停止钻进，记录出水段深度、测定涌水量和水压；按化验要求每孔取一个水样，若水量较大，则加倍。若有大量出水，则对于出水深度、岩性、水量、水压和水温进行严格观测与记录，钻孔放水时应加密对钻孔出水量、水压、水温等动态参数的观测次数[2]。当探查孔总涌水量大于30m3/h、单孔涌水量大于10m3/h或动态水压大于1.5MPa时，严禁进尺，待钻孔水量小于以上数值后方可恢复进尺。

8 组织管理

（1）成立以矿长为组长的防治水领导小组，总工程师、地测副总具体负责防治水技术工作，从人、财、物等各方面确保防治水工作顺利推进；（2）开展安全隐患排查，把放水巷的工程监督、检查作为预防重点，发现隐患立即整改；（3）加强排水系统检查与维护，对排水路线定期巡查、清理；（4）施工现场悬挂允许进尺牌板，施工单位每班填写，掌握掘进进度，同时每天将进尺汇报矿调度，到达规定位置必须停头。

参考文献：

[1]武强，董书宁，张志龙，矿井水害防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[2]煤矿防治水规定[S].北京：煤炭工业出版社，2009.

作者简介：宗榜明（1985-），男，安徽淮北人，本科，助理工程师，主要从事煤矿防治水方面的工作。