构造复杂区顶板砂岩水出水机理分析研究

梁克松 邓新刚 宗曙光

摘要：本文结合滕县南部煤田水文地质条件，介绍了山西组3煤顶板砂岩含水层赋水特点，并根据柴里煤矿建矿以来3煤顶板砂岩含水层出水情况，进一步分析总结了该区3煤顶板砂岩含水层出水机理，阐述了该含水层水对工作面安全开采的影响及主要防范措施。

Abstract： Based on the hydrogeological conditions of the coalfield in the southern part of Tengxian， this paper introduces the water-bearing characteristics of the aquifer in the 3rd coal seam roof sandstone of Shanxi Formation， and further analyzes and summarizes the water output of the 3 coal roof sandstone aquifer since the construction of the Chaili coal mine. The mechanism of water outflow from coal roof sandstone aquifer is described， and the influence of the aquifer water on the safe mining of working face and the main preventive measures are expounded.

关键词：3煤顶板砂岩;含水层;出水机理

Key words： 3rd coal seam roof sandstone; aquifer; water output mechanism

中图分类号：TD745                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）18-0217-03

0  引言

柴里煤矿3上701工作面井下位于七采区北部，东部、北部、西部分别为高庙断层、程楼断层、徐庄断层，三面被断层围绕，南为3702工作面采空区，3煤已开采完毕。整体呈一背斜构造形态，轴向201°，西翼倾向SW、倾角3～9°，东翼倾向SE、倾角2～7°，局部起伏明显。受三条大断层影响，工作面掘进过程中揭露及周边发育共16条断层（工作面顶底板情况见表1），工作面煤层与高庙断层对盘3煤顶板砂岩含水层对接，对工作面安全产生一定影响。

1  工作面水文地质情况

1.1 水文地质概况及含水层情况

工作面开采期间的直接充水水源为3煤顶板砂岩水，经南部3702工作面的开采，3煤顶板砂岩水得到一定疏放，3煤顶板砂岩含水层赋水性相对减弱，由于顶板砂岩含水层富水不均一性，预计工作面开采期间在断裂构造附近和局部低洼区域，将会出现滴淋渗水或老塘涌水现象，对工作面开采期间的安全产生一定的影响。各含水层具体情况分析如下：

①第四系。厚56.65～70.76m，分上下两组，简称Q上、Q下，由于它与粘性土相间沉积，对矿井充水较弱，采动后受疏降，底部砾石层易疏干，3煤顶板距第四系底界面124.64～157.0m，平均141.08m，对工作面开采无影响。

②3煤顶板砂岩。厚80.9～86.8m，平均82.3m。有数层灰白色中、粗、细、粉砂岩组成。泥、钙质胶结。该层砂岩含孔隙、裂隙水，富水性不均一，构造与裂隙发育地段中、粗粒砂岩含水性较丰富。工作面开采期间直接充水水源为3煤顶板砂岩含水层，经周边工作面开采疏放，富水性相对减弱，单位涌水量为0.059 L/s·m，预计对本面开采期间的安全存在一定的影响。

③第三层灰岩。厚6.0～7.1m，平均6.5m，单位涌水量为0.082 L/s·m，含水不均，区域差别较大，经矿井开采受到充分疏放，现已基本疏干，上距3煤底板38.6～59.2m，平均46.23m，对本面开采无影响。

④老空积水情况分析。经分析工作面过371探巷和372切眼通道两个老巷，需做好对老巷积水的排放工作，超前将老巷内积水排净，对本面开采无影响。

⑤斷层导水。该工作面北部为程楼断层（∠70°，H=90～130m），断层呈台阶状，矿井五条开拓巷道揭露情况显示，该断层不导水;西为徐庄支断层（∠75°，H=35m），位于停采线之外，对回采无影响;东部为高庙支断层（∠75°，H=22m），本区煤层与对盘顶板砂岩含水层对接，受采动影响可能导通对盘顶板砂岩含水层。

⑥钻孔情况分析。工作面开采期间预计将揭露i-40钻孔，钻孔终孔为三灰下页岩，孔深275m，孔口～177.4m为泥浆封闭，177.4m～终孔为水泥砂浆封闭，3煤顶板上水泥砂浆封闭18m，为封闭良好钻孔。

⑦其它水源分析。本工作面防灭火和煤体注水可能造成工作面局部出现滴淋渗水现象，水量较小，对回采的影响不明显。

综上所述，本工作面开采期间不受第四系、三灰含水层以及老空积水的影响，主要受本面上部及高庙断层上盘3煤顶板砂岩含水层水的影响。

1.2 冒落裂隙带发育情况分析

根据《煤矿防治水规定》经验公式计算，工作面采后冒落带最大高度为23.86m，导水裂隙带最大发育高度为84.7m，本工作面3煤顶板砂岩平均厚度82.3m，工作面开采能够波及范围已超过3煤顶板砂岩，侏罗系沉缺。因此，本面开采期间仅受上部及高庙断层上盘3煤顶板砂岩含水层水的影响。

2  矿区3煤顶板砂岩含水层出水分析

矿井50余年的开采经验证实，区内3煤顶板砂岩含水层富水性较弱，仅局部靠近断层或埋藏较深区域富水，且为含水层滞水，补给差易疏干。根据矿井1995年以来工作面出水情况的统计，共有出水工作面21个，其中12个为3煤顶板砂岩出水（见表2：柴里煤矿1995～2014年8月井下3煤顶板砂岩突水点统计表），并且出水点均靠近落差较大的断层，分析为断层对盘含水层进行的横向补给。

该面所在采区3702、3704、3705工作面开采期间均出现3煤顶板砂岩出水，且出水工作面均靠近高庙断层分布，说明高庙断层两盘横向补给条件较好，因此3上701工作面3煤顶板砂岩出水可能性较大。

3  工作面防治水措施制定及落实

3.1 工作面瞬变电磁探测分析

工作面开采前委托中国矿业大学对该面进行了瞬变电磁探测，探测结论显示， 3上701工作面及顶板，划出了3处Ⅰ 级富水性异常（C1-1 YC4、C1-1 YC7、C1-2 YC8），6处Ⅱ级富水性异常;对于程楼断层，划出了2处Ⅰ 级富水性异常（C2-1 YC4、C2-2 YC1），5处Ⅱ级富水性异常;对于高庙支断层，划出了Ⅰ 级（C6 YC2）、Ⅱ级、Ⅲ级富水性异常各1处。（见图1  富水性异常区平面分布图），同样证明工作面3煤顶板砂岩含水层及高庙支断层处存在富水性异常区，与此前分析结论吻合。

结合探测结论，采取解析法和比拟法两种方法对工作面涌水量进行了计算对比，比拟法计算得出的数据较符合矿井水文地质条件和现场实际，预计工作面开采期间的正常涌水量18m3/h，最大涌水量70m3/h。

3.2 工作面防排水方案

工作面采用两巷安设排水系统，轨道巷施工泄水孔，以及后部老塘通过3702切眼通道与3702采空区联通泄水的防治水方案，能夠保证工作面的安全回采。

4  结论

根据井田水文地质条件，结合矿井以往3煤顶板砂岩含水层出水特点，综合分析了矿区3煤顶板砂岩含水层出水机理，并采用瞬变电磁探测对分析结果进一步补充，并制定落实了针对性防治水方案措施。开采证实，在工作面推采95m时，工作面顶板出现淋水，伴随老塘少量涌水，随后老塘水通过3702工作面采空区泄入3704临时排水点，水量峰值12m3/h，后持续稳定在10m3/h。与分析结论及预测的涌水量结果一致，有效的指导了3上701工作面的安全生产。证明了该结论适用于本矿区类似水文地质条件下工作面3煤顶板砂岩含水层防治工作。

参考文献：

[1]武强，庞伟，戴迎春，俞佳.煤炭底板突水脆弱性评价的GIS与ANN耦合技术[J].煤炭学报，2006.

[2]谭章禄.人工神经网络在矿业工程中的应用[M].北京：煤炭工业出版社，1998.

[3]董书宁.煤矿水害防治技术及应用[M].安全高效煤矿地质保障技术及应用，2007，6.