东滩矿63上04工作面突水分析

杨旭伟 付民强

(兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东省邹城市，273500)

兖州煤田是一个断层切割围成的不完整的向斜盆地，东滩井田六采区位于兖州向斜南翼，靠近核部和深部，次一级褶皱和断裂构造均较发育。六采区东西长约5 km，南北宽约1.8～2.8 km，面积约9.99 km2，主采3#煤层(3#煤层个别地方分叉为3上煤层和3下煤层)。六采区周边采区的3#煤层均已开采完毕，含水层浅部的水基本已经疏放完毕。

63上04工作面是六采区首采工作面，位于C2向斜轴部，处于整个六采区的最低处。煤层平均厚度5.2 m，工作面内地层倾角平缓，没有较大地质构造。

63上04工作面于2015年12月7日生产，2016年12月11日正常停采，轨道巷推进距离1539.9 m，运输巷推进距离1518.3 m，平均推进距离1529.1 m。

1 63上04工作面水文地质条件

63上04工作面主采3上煤层。3上煤层位于山西组下部，下距3下煤层平均距离10.21 m，距太原组三灰约50 m；上距侏罗系红层56～93 m；煤层平均厚度5.2 m。开采时主要充水含水层为3#煤层顶板砂岩和侏罗系红层、侏罗系上统蒙阴组砂岩孔隙、裂隙承压含水层，该工作面区域厚500～530 m， 东厚西薄，岩性主要为褐红色砾岩、紫红色粗砂岩、浅灰色-紫红色中砂岩、细砂岩、灰-浅灰色砂质泥岩、杂色-浅灰色泥岩等组成。富水性主要受构造和岩性等因素控制，富水性极不均一。单位涌水量0.0346～0.0439 L/(s·m)，静止水位+26.71 m，水质类型为SO4·HCO3-K+Na型，矿化度1.348 g/L。砂岩厚度较大，岩石平均孔隙度和平均渗透系数也较大，透水性较强。

3上煤层顶板砂岩裂隙承压含水层平均厚度16.24 m，岩性以灰至灰白色中粒砂岩为主，局部相变为细砂岩、粉砂岩与细砂岩互层。裂隙受构造影响局部较发育，富水性主要受岩性及构造影响。根据邻近P1-8钻孔抽水试验资料，单位涌水量q为0.00002952 L/(s·m)，总体富水性弱。静止水位+38.88 m，水质类型HCO3-Na+Ca型，矿化度1.135 g/L。

采用全煤厚综放开采时3上煤层的导水裂缝带高度：

(1)

式中：Hli——导水裂缝带高度，m；

M——煤层厚度，m。

经计算，导水裂缝带最大高度为62.8 m。因此工作面部分区段采后冒裂带高度进入侏罗系红层。

2 工作面回采前的防治工作

2.1 探放水

2015年7月，采用瞬变电磁法对63上04工作面进行了水文物探，共探测出4处富水异常区。利用钻机对这4个异常区均进行了探放，证实异常区富水性较弱。

在63上04两巷道布设探孔3个，其中1个探孔施工至3上煤层顶板以上45 m位置处，钻孔出水，涌水量最大为8 m3/h，钻孔终孔深度100 m，终孔后水量很快衰减至0.2 m3/h，探孔终孔层位为J3红层。

在下部岩巷南翼总回风巷施工25个探孔，其中3个探孔出水，最大涌水量约为1.5 m3/h，终孔后水量即衰减。

本次探放水工程累计施工28个探孔，钻进进尺3442.5 m，累计放出水量934 m3。

2.2 排水系统

(1)施工泄水孔。在工作面运输巷97#、108#、119#收尺点处与下部岩巷立交的位置各施工2个(共6个)泄水孔，孔径为150 mm，孔深约46 m。

(2)完善排水管路。由于工作面轨道巷高，运输巷低，在运输巷敷设两路排水管路，管径分别为159 mm和108 mm，接至运输巷外部大巷后自然流向采区水仓，距离约1040 m。同时，在工作面备好排水泵及相关连接管件，排水能力达到120 m3/h。

3 工作面涌水状况

自2016年2月24日开始，63上04工作面出现滴水现象。2月29日，当工作面推进至轨道巷300 m、运输巷274 m时总水量增大至15 m3/h，随后工作面架后始终有出水现象，最大时达到56 m3/h，工作面停面后采空区出水约23 m3/h，截至2016年12月13日累计放水6.4万m3。

4 涌水水源分析

由采前的探放水工程和水文地质分析得出的结论是63上04工作面不会出现较大涌水，但是在回采过程中出现了瞬时涌水量56 m3/h、累计涌水6.4万m3的较大水量，因此东滩煤矿对这次的涌水水源进行了分析。

(1)通过观察发现涌水来源于工作面顶板和后部采空区底板，涌水通道为顶板冒落裂隙。

(2)涌水水质呈无色、无味、透明状，口感好，无杂质；排除老空水(附近没有老空区)、注浆水的可能性。

(3)对涌水点处提取的水样进行水质全分析，水质类型为SO4·HCO3—Na型水，矿化度4060.41mg/L，通过对比分析发现，水质全分析各项测试结果符合红层水和3#煤层顶板砂岩水特征。

(4)63上04工作面周边1 km内水文长观孔有第四系中组Q中-4孔、侏罗系红层J3-16、J3-4，3#煤层顶板砂岩含水层P1-12、奥灰含水层O2D3、十四灰含水层L14-D1孔。

自工作面出现涌水以来各水文长观孔的水位标高变化曲线如图1所示。由图1可以看出，J3-16钻孔(红层)水位由2016年1月的-218 m降至2016年10月份的-290 m，降幅为72 m，且在6月份水位出现断崖式下降；J3-4钻孔(红层)水位由2016年1月的-71.27 m最低降至2016年4月份的-102 m，降幅为30 m；P1-12钻孔(3砂) 水位由2016年1月的-190.9 m最低降至2016年11月份的-194 m，降幅为3.1 m。

图1 水位标高变化曲线图

相比周边其余层位钻孔水位，O2D3(奥灰)、Q中-4(第四系)、L14-D1(十四灰)均未见明显变化，说明63上04工作面涌水水源为J3红层及3#煤层顶板砂岩水，其中主要为J3红层水。

5 防治水建议

63上04工作面自开采前的探测分析基本无水，工作面开采过程中的瞬时涌水量达56 m3/h，至工作面回采结束时达到23 m3/h的稳定涌水，虽然回采前后水文情况不一致，但并没有造成工作面停产以至淹没的被动防治水局面。同时，生产过程中的防治水工作是得力的。总结此次涌水教训，为以后煤矿安全开采提出以下防治水建议。

(1)防排水系统是工作面的必备条件。必要的排水设施是防灾抗灾的基础，切不可因预报偏差而弱化防排水设施的安装。工作面运输巷安装的ø159 mm和ø108 mm排水管路和高效能排水泵是本次排水工作的关键。

(2)利用工作面的有利条件最大可能地完善排水设施。有条件的一定要施工泄水孔，不能施工泄水孔的巷道要施工集中排水池。同时排水管路、排水泵必须可靠，特别是排水泵的各项指标(扬程、流量等)要满足施工地点的要求。本次排水工作施工的6个泄水孔提高了排水效率，减少了因距离过长带来的排水困难。

(3)采区首采工作面，特别是采区的向斜轴处的工作面，须做好防排大水的各项准备工作。一般情况下，采区首采工作面所处区域的充水含水层没有经过疏放，径流系统完整、赋水较好。