砾岩含水层下安全开采研究

殷木群

（黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司振兴煤矿，黑龙江 鹤岗 154100）

1 水文地质概况

南部区3#煤层顶板距上覆石头庙子砾岩层60m左右，该砾岩层厚度300m左右。构造情况：该区域地质构造复杂，区内有F29、 F30、 F46及f1～f6（实见）次生断层。3#层距上部石头庙子砾岩层60m左右。煤层赋存：本区3#煤层厚度6～8m，煤层平均倾角18°，煤层结构简单，在煤层的顶部为半暗煤、半亮煤互层、夹煤页岩，中部有0.1m炭质页岩。该矿水文地质类型为复杂型。主要水患为3#层上部石头庙子含水砾岩层。

2 水患及治理情况

2.1 补堪工作

2014年中国煤炭地质总局华盛水文地质勘查工程公司对该矿进行了水文地质补堪工作，编制了《振兴煤矿水文地质补充勘探报告》，对整个振兴区域的水文地质情况进行了全面分析，结论如下：

（1）第四系砂砾石孔隙含水层厚度薄而不稳定，多为透水不含水层，仅局部低洼地带赋存，富水性弱。主要接受大气降水和地表水补给。

（2）白垩系下统石头庙子组砾岩裂隙含水层厚度自西向东由薄渐厚，裂隙发育极不均匀，正常地段一般富水性弱，断层带及其附近，特别是断层交汇、切割的密集带，裂隙发育，富水性强。

（3）白垩纪石头河子组含煤组砂岩裂隙含水层裂隙一般不发育，富水性弱，在个别断层带及其附近，断层交汇、切割的密集带，裂隙较发育，富水性可达中等，主要接受露头大气降水入渗及其他含水层侧向径流补给。

通过水文地质调查、收集资料和综合分析研究，查明了区内主要含水层的分布、厚度、埋藏条件，主要含水层的富水性、水化学特征及其补径排条件，为该矿防治水工作提供了科学的水文地质数据。

2.2 瞬变电磁仪探测工作

利用瞬变电磁仪在地面和井下对3#层上部岩层的赋水情况进行了全方位的探测工作，收集了大量的物探数据，对石头庙子砾岩层进行了全面的分析评价，为安全生产提供了可靠依据。

（1）地面瞬变电磁仪探测

聘请龙煤大地勘探公司为该矿3#层进行了地面瞬变探测，共做出了3#层上200m异常平面图、3#层上160m异常平面图、3#层上120m异常平面图、3#层上100m异常平面图、3#层上75m异常平面图、3#层上50m异常平面图、3#层附近异常平面图7份，全方位评价了石头庙子砾岩层的赋水情况。

图1 3#层上75m砾岩含水层富水性异常区推断平面图

如图1所示，3#层南二段有一处低阻异常区域，3#层北二段有两处低阻异常区域，充分证明了石头庙子砾岩层含水的不均衡性，石头庙子砾岩层只有在局部区域含水，大部分区域含水较弱，为安全开采3#层提供了有力的依据。

（2）工作面瞬变电测仪探测

在3#层南二段和北二段累计做了27次瞬变电测仪赋水性探测工作，解析了大量的探测数据。图2是具有代表性的3#层北二段工作面全方位瞬变电磁仪赋水性探测平面图和解析图。

图2 3#层北二段工作面全方位瞬变电磁仪赋水性探测图

如图2所示，解析图中局部电阻率较低，低阻区主要在工作面上方35～60m间，机道上方40～60m左右。工作面上部石头庙子砾岩层电阻率较高，赋水性较差，煤层顶板上部35～60m范围内局部存在低阻现象，该范围是石头河子砾岩层，石头河子砾岩层含水性远弱于石头庙子砾岩层，其含水补给源为石头庙子砾岩层。

地面瞬变电磁仪探测结论和井下工作面瞬变电磁仪探测结论得了到相互验证。

2.3 打钻探放水工作

（1）为了保证安全开采，在3#层北二段设计施工了一条高位探放水巷，2014年12月28日，开始在高位探放水巷内打钻进行探水验证，有3个孔分别达到了150m、140m和140m为有效孔，三个孔合计最大出水量30.4m3/h（2015年2月1日），目前三个孔合计出水量2.0m3/h。

（2）三水平南部区3#层放水钻孔累计施工了61个，其中3#层南二段累计施工了16个钻孔，分七个地点施工，总延米：1378.8m；3#层北二段累计施工了45个钻孔，分10个地点施工，总延米：4530.9m。有个别钻孔出水，出水量随着时间的推移逐渐减小。

（3）为彻底探清该矿区域内砾岩层的赋水情况，在切眼上方地面施工了2014-24钻孔，打钻时水位标高+25.6m，水头高度在对应的3#煤层上方100m，证明该区域水位较低。

所有出水钻孔涌水量都呈逐渐减小趋势，通过钻孔出水情况分析认为，该区域砾岩层赋水的补给性较差。

3 综合评价

（1）通过补堪工作收集了大量资料，查明了该矿区域内主要含水层的分布、厚度、埋藏条件，主要含水层的富水性、水化学特征及其补径排条件，为安全开采3#层提供了基础。

（2）通过大量地面和井下的物探工作，对石头庙子砾岩层进行了全方位的解析，利用科技手段评价了石头庙子砾岩层的赋水情况。

（3）施工了大量的探放水钻孔，所有出水钻孔涌水量都呈逐渐减小趋势，证明该区域石头庙子含水砾岩层的补给性较差。补堪、物探和钻探成果得到了相互验证。

通过补堪、物探、钻探等大量的工作，充分证明了该区域石头庙子砾岩层含水的不均衡性，综合以上因素并结合地质情况分析认为，该区域上部石头庙子砾岩层水位较低，赋水较弱，补给性较差。这些条件为安全开采3#层提供了有力的依据。

4 结 语

（1）3#层北二段一分层工作面于2014年11月开始回采，直至开采结束，工作面无出水现象（掘进和开采时经过区内f1～f6断层时也无出水现象），下隅角附近顶板偶有滴水情况，滴水量 0.2m³/h。

（2）3#层南二段一分层工作面于2016年6月开始回采，2016年10月14日，当工作面推进115m时，89～96组架子出现淋水现象，涌水量6m³/h左右。综合分析该涌水为f3断层受采动影响导通上部石头庙子砾岩层富水性异常区所致。在工作面淋水处取水样化验，水质为钙、钠、镁碳酸型弱碱水，经对比与石头庙子砾岩裂隙水整体吻合，这次出水现象完全在预知控制范围内。该工作面现已开采结束，水患得到了控制。

（3）在治理水患工作中，要严格执行有疑必探、先探后掘、物探先行、钻探验证的原则，充分利用现有科技手段进行探放水工作，依据各种资料分析研究水患性质，采用综合治理的手段。

本次探放水工作解放了受砾岩水威胁的煤量190万t，安全开采煤量的经济价值数亿元。该矿探放水综合治理工作取得了应用效果，在煤矿防治水工作中处于领先水平，具有较高的推广价值。