山西柳林金家庄煤矿8202工作面陷落柱探查治理研究

王传盈

山东能源肥城矿业集团有限责任公司，中国·山东 肥城 271608

陷落柱；探查；治理；研究

1 工作面概况

1.1 工作面井上下位置

8202工作面地面标高为+919～+968m，地表位于中国贺家社村、薛家岭村的山坡、山梁、沟谷地段，对应地表有一条自南东向北西的常年性河流和柳林至石盘上公路。

8202工作面外段开采标高+702.25～+712.65m，面长160m，推采长度150m，煤层平均厚度3.3m，其中8-1 煤厚0.70～1.14m，平均0.9m，夹矸1.2～1.6m，平均1.4m，8-2煤厚0.80～1.16m，平均1.0m。推采面积24000m2，有效可采储量6.34万t，8号煤为焦煤，采用综采工艺开采。

1.2 煤层情况

8#煤层位于太原组的中下部，上距K3 砂岩36.97-51.26m，平均42.32m，距4号煤层55.80-74.10m，平均65.21m；下距煤9 平均11.08m，K1 砂岩40.7～43.55 m，平均厚度 41.73m，下距奥灰间距平均61.65m。

8#煤层厚度稳定，8-1号厚0.70-1.14m，平均0.90m，8-2号厚0.80-1.16m，平均0.96m，夹矸1.2-1.6，平均1.4m。煤层倾角在3°～7°之间。

8#煤层顶板岩性为L1 石灰岩，局部有一层炭质泥岩伪顶；底板岩性为泥岩和砂质泥岩。

1.3 构造、钻孔不良钻孔情况

该工作面掘进过程中未揭露断层及陷落柱，工作面范围内无地面钻孔。与上覆煤4 比效，工作面皮顺P7 点处低洼，造成巷道此处两边高中间低，形成一汇水区。

2 工作面水文地质情况

2.1 工作面顶底板含水层情况

顶板含水层:工作面上覆有三层灰岩含水层，其中直接顶为L1 灰岩，厚平均约为3.19m；距L4 灰岩层间距约为14.71m，灰岩厚平均约为13.27m；距L5 灰岩层间距约为31.15m，灰岩厚平均约为8.62m。太灰由L1 灰岩底至L5灰岩顶，厚25.66～57.76m，平均36.21m。根据本矿及其周边石炭系太原组含水层抽（注）水试验资料，单位涌水量0.000068～0.00066 L/s·m，渗透系数0.0001～0.0003m/d，水质类型以HCO3·SO4-Na·Ca和HCO3·C1-Na型为主，为弱含水层，局部构造发育地段富水性较强。

底板含水层：底板含水层主要是奥灰含水层，奥灰主要由石灰岩、角砾状灰岩、泥质灰岩及石膏岩、膏溶角砾岩等组成，据钻孔抽水试验资料，奥灰水位标高为+798.5～800m，涌水量0.0007～4.4588L/s，单位涌水量9.12×10-6～0.4046L/s·m，渗透系数1.2×10-5～0.4849m/d，水质类型以SO4～Ca 或SO4·Cl～Na·Ca型为主，矿化度约2.35g/L，富水性弱～中等。

2.2 工作面实见水文地质情况

（1）8202 轨道巷：6月10日至13日，在8202 轨道顺槽A6 点向切眼方向55-67m 范围内施工瓦斯抽放孔，孔内出现涌水，具体信息如下：

21#抽放孔，方位307°，角度0°，开孔高度1.8m，夹矸层开孔，其中0-24m为矸，24-31.5m为煤，31.5-54m为岩，钻进至54m 出水，早班测得涌水量34.2m³/h，中班21点测得涌水量18m³/h，无压力。

22#抽放孔，方位307°，角度-1°，开孔高度1.8m，夹矸层开孔，其中0-27m为矸，27-37.5m为煤，37.5-61.5m为岩，钻进至48m 出水，测得涌水量30m³/h，无压力。

23#抽放孔，方位307°，角度-1°，开孔高度1.8m，夹矸层开孔，其中0-24m为矸，24-33m为煤，33-52.5m为岩，钻进至44.5m 出水，测得涌水量30m³/h，无压力。

24#抽放孔，方位307°，角度-2°，开孔高度1.7m，夹矸层开孔，其中0-6m为矸，6-63m为煤出水，测得涌水量30m³/h，无压力。

表1 8202 轨道顺槽抽放孔涌水量统计表

2019.7.7零班6点于8202轨道顺槽205m处向8202工作面施工1#底板验证孔，开孔距底板1.2m，方位307°，角度-14°，钻进斜长51m 出现涌水（平局49.5m），垂深12.1m，水压0.3MPa(漏水），水量20m3/h。

初步分析该水应为底板奥灰水由导水构造补给。

（2）8202 皮带顺槽

巷道掘进至低洼点处时，顶板有淋水出现，最大淋水量约5m3/h，随巷道掘进淋水量变小，现已无水。在此处施工的6个顶板太灰疏放水孔，单孔最大水量6m3/h，总水量12m3/h，现已衰减至5m3/h。

（3）8201 轨道顺槽

2019年6月18日至21日，在8201 轨道顺槽左帮施工1#探水孔，方位25°，角度+3°，孔深43.5m，钻进至39m出水，最大涌水量为54m³/h，压力0.78MPa，19日早班涌水量为44m³/h，压力0.8MPa，24日中班涌水量为4m³/h，压力0MPa；2#探水孔，方位37°，角度+1°，钻进至34.5m出水水量不大，继续钻进至40.5m 水量加大，测得涌水量为75m³/h，压力0.9MPa，后测正常涌水量为63m3/h。

初步分析该水应为底板奥灰水由导水构造补给[1]。

表2 8201 轨道顺槽探水孔涌水量统计表

3 物探探查情况

本次探测采用矿用本安型YBD-11型网络并行电法仪进行探测，在巷道底板依次布置电极和测线，工作方式采用AM法，巷道内布设2 站，电极间距8.5m。8202工作面网络并行电法探测结果图，如图1所示。

图1 8202工作面网络并行探测底板异常区示意图

4 钻探探查情况

4.1 物探及实见水文资料综合分析

（1）工作面底板水：工作面底板水害异常区应为网络并行探测的1#底板异常区，此处钻孔见水可能为底板奥灰水顺导水构造补给，应探查治理的重点。治理方法为钻探+注浆加固[2]。

（2）工作面顶板水：工作面顶板淋水主要集中在1#异常区下方皮带顺槽P7 点低洼处附近，淋水的水源分析可能有二：一是顶板太灰水在此处汇集，为较集中渗水点 ；二是顶板太灰水受导水构造影响，底板奥灰水可能对太灰水进行补给。治理方法：疏放+观测，若长期疏放顶板淋水量变化不大，说明有较稳定的补给水源，应对可能的补给通道进行注浆封堵。

（3）钻孔施工：共施工顶板孔10个，底板孔16个，合计钻孔26个。通过施工钻孔，基本查明陷落柱的范围，查明了顶、底板含水层的富水性。

4.2 钻探探查分析

（1）顶板含水层富水性分析

工作面外段施工顶板探查孔10个，4个钻孔有水，主要集中在工作面低洼处，单孔木水量0.5～8m3/h。通过较长时间的放水，工作面低洼处顶板放水孔水量衰减不明显，说明有一定的补给水源。

8202 外面底板孔D10-D13、1#孔及21-24#瓦斯抽放孔注浆过程中，发现8202 皮顺顶板淋水变小，特别是第一阶段最后注浆孔D13 方向钻孔注浆结束后，8202 皮顺顶板淋水及帮部渗水已无，说明底板注浆加固封堵了底板对煤8 顶板灰岩（L1)的补给通道。

（2）隐伏疑似陷落柱分析

根据物探及钻探资料分析，D10 及D12 方向三个角度钻孔揭露地层层位及钻孔见水量基本正常，特别是煤9 标志层层位。而D11、D13、21-24#、1#孔11个钻孔揭露地层层位及钻孔见水量异常，结合各孔注浆量，分析此处存在一隐伏导水陷落柱，也正是由于该构造的影响，造成21-24#瓦斯抽放孔见水30m3/h；1#孔底板下垂深12m 处见水30m3/h；D11-1 孔顺煤层施工煤层缺失，见水5m3/h；D11-2、D11-3孔见煤9层位、长度异常，正常隔水层层位见水15m3/h、25m3/h；钻孔揭露该地段岩石完整性差，裂隙较发育，钻孔进浆量大，上述11 孔共注水泥942.75t。据钻孔及瓦斯抽放孔资料，圈定陷落柱8号煤范围（见水位置），长轴为西北-东南方向，长度约35m，短轴为东北-西南方向，长度约20m。9号煤陷落柱范围位于D10 及D12 孔之间，具体位置还需进一步探查。

图2 陷落柱范围示意图

（3）水层含水层富水性分析

通过施工的底板孔分析，正常区域奥灰顶部富水性较差，岩芯较完整，D9、D12-3 孔揭露奥灰顶部均未见水，层间距分别为61.65m、66.82m。

5 钻孔注浆情况

利用已施工的钻孔对陷落柱进行注浆加固，共注浆钻孔20个，注水泥974.65t。钻孔注浆量情况如下：

孔号方位（°）倾角（°）终孔深度(m)钻孔水量(m3/h) 终孔参数见水深度(m)水量（mᵌ/h）水压MPa水泥(t)孔压MPa 1# 307 -14 51 49 20 0.3 0.15 3.0 21# 307 0 54 54 34.2 0 0.15 3.0 22# 307 -1 61.5 48 30 0 212 3.0 23# 307 -1 52.5 44.5 30 0 0.15 3.0

24# 307 -2 63 6 30 0 266.2 3.0 D10-1 307 -2.5 115.0 59.0 0.5 0 2.0 3.0 D10-2 307 -26 166.0 132.0 0.3 0 5.0 3.0 D10-3 307 -38 112.0 79.5 1.0 0 4.0 3.0 D11-1 307 -2.5 134.0 43.0 1.0 0.9 5.5 3.0 45.0 2.0 80.0 5.0扫孔35 2.0 D11-2 307 -27 160.0 49.0 6.0 0.9 190.5 3.0 91.0 16.0 D11-3 307 -42 111.0 51.0 15.0 0.9 47.1 3.0 89.0 25.0 D12-1 307 -2.5 126.0 0 0 0.4 3.0 D12-2 307 -25 185.0 113.0 0.1 0 0.5 3.0 D12-3 307 -39 127.5 46.0 1.0 0.9 5.5 3.0 50.0 3.0 69.0 5.0 124.5 6.0 D4 83 -20 193.5 0 8.5 3.0 D7 45 -30 180.5 105 4 0.9 6 3.7 145 8 180.5 9 D9 48 -30 159.0 122.0 2.0 0.77 D13-1 120 -5 160.0 120.0 2.0 0.5 8.5 3.0 D13-2 120 -14 161.0 111.5 2.0 0.9 153.0 3.0 130.0 10.0 154.0 20.0 D13-3 120 -28 150.0 51.0 2.0 0.9 59.5 3.0 135.0 20.0 146.0 40.0合计 2522.5 974.65

6 物探验证

2019年10月，在8202工作面外段进行网络并行电法勘探，分析经过注浆后，低阻异常区已得到改造，底板隔水层得到注浆加固[3]。

7 治理效果评价

通过物探、钻探等综合探查方法，查明了外段工作面水文地质条件，查清了顶底板含水层富水性，各含水层之间水力联系及补给方式，基本圈定了疑似陷落柱在煤8、煤9层位分布范围，对陷落柱进行了注浆加固，对补给通道进行了注浆封堵，该区的水文地质条件得到明显改善。

施工顶板探查孔14个，钻孔水量0～20.0m3/h。通过T3、T4 孔注浆(118t)封堵及工作面顶板孔的疏放，工作面皮顺顶板淋水逐渐消失，顶板疏放水量明显减少，太灰水的富水条件明显减弱，随着顶板孔持续疏放，涌水量会越来越小，预计对工作面回采不会造成大的影响。

施工底板钻孔27个，钻孔水量0.1～40m3/h，最大水压0.9MPa，最高水位+801.5m，共注水泥合计1070.15t，注浆前后底板由低阻区转变为高阻区，注浆后通过物探及钻探资料验证，注改后该区水文地质条件得到明显改善，注浆改造质量符合煤矿防治水规定要求。

8 结论

通过物探、钻探对工作面进行探查及治理，水文地质条件基本查清，治理效果达到规定要求，工作面回采符合《煤矿防治水细则》要求。