龙驭矿8102工作面防治水工作评价与措施研究

李赛玉

(大同煤矿集团临汾宏大豁口煤业公司，山西 临汾 041000)

1 前言

为了详细查明8102工作面地质及水文地质条件，在前期开展了一系列的物探、钻探工程，针对存在的构造及水患等问题制定并实施了明确具体的防治措施，确保工作面在开采前彻底解除水患影响，有效保障安全生产。现对该工作面的防治水安全开采条件进行综合评价，提出防治水技术措施。

2 工作面概况

8102工作面西邻+1040回风巷，工作面基本呈南西高北东低，工作面基本不受四邻巷道采掘影响，工作面开采标高1 003～1 088m，地面标高1 275.5～1 352.7m。

工作面两条巷道呈近东西方向布置，切眼呈近南北方向布置，2102运输巷道长854m，5102回风巷道长548m，切眼长161.6m。煤层倾角19°～25°。煤层稳定，煤层厚度为4.5～8.3m，平均煤厚5.81m。煤层顶底板情况见表1。

3 工作面充水条件

为了详细查明工作面地质及水文地质条件，对8102工作面进行了无线电波透视勘探(以下简称“坑透”)、地震槽波勘探、音频电透视探测三项探测工作[1]，基本查明了本工作面内部及周边的构造发育情况、含水层富水性等条件。8102工作面回采范围内施工了28个顶底板疏放水孔，其中施工探测2#煤层顶板K3砂岩含水层钻孔9个、K4砂岩含水层钻孔5个、2#煤层底板砂岩含水层钻孔14个，钻孔均无水。

表1 煤层顶底板情况表

3.1 煤层顶板采动冒落裂隙带

H冒=4M

(1)

(2)

8102工作面2#煤层厚度为4.5～8.3m，依据经验公式[2]计算出，冒落带高度最大为28m，导水裂隙带最大高度为104m。

3.2 工作面充水水源

1)第四系松散层水

第四系主要含水层为下部的砂砾卵石层，厚度1～12m，砾卵石成分复杂，以砂岩为主，次为变质岩及灰岩。第四系含水层地下水位标高1 245.85～1 283.95m，单位涌水量0.0097～0.27L/s·m，渗透系数0.022 6～2.330 0m/d，富水性弱到中等。通过分析，工作面开采后导水裂隙带不会直接导通该含水层，该含水层对本工作面回采影响较小。

2)上下石盒子组砂岩裂隙水

上下石盒子组岩性以紫色、灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主，主要含水层为下石盒子组底部K4砂岩裂隙含水层，K4厚度为0.65～8.66m，平均3.25m，K4底至2#煤层顶距离为54.6～85.71m，平均69.12m。水位标高1 182.78～1 348.38m，单位涌水量0.003 4～0.286 9L/s·m，渗透系数0.034 6～2.42m/d，富水性弱到中等，富水性不均一。

通过分析，工作面开采后导水裂隙带不会直接导通上石盒子组砂岩裂隙含水层，对工作面影响较小。但局部区域导水裂隙带可能波及到下石盒子组底部K4砂岩裂隙含水层，目前在工作面2102运输巷道已施工疏放K4砂岩裂隙含水层钻孔5个，均无水，由此分析K4砂岩对本工作面回采影响较小。

3)山西组砂岩裂隙水

山西组砂岩裂隙水含水层，主要为山西组底部的K3砂岩，为灰白色、灰色中细粒砂岩，K3厚度为1.7～6.4m，平均3.32m，K3底至2#煤层顶距离为1.84～9.02m，平均5.26m，水位标高1 098.26～1 242.34m，单位涌水量0.017 2～0.156 0L/s·m，渗透系数0.008 4～2.05m/d，富水性中等。

通过分析，8102工作面开采后导水裂隙带将波及到K3砂岩裂隙含水层，在2102运输巷道和5102回风巷道共计施工疏放K3砂岩裂隙含水层钻孔9个，钻孔均无水，但K3砂岩是本工作面开采后的主要影响水源，通过加大工作面排水系统的配备，保证工作面涌水及时排出，达到安全开采的目的。

4)太原组组砂岩裂隙水

太原组砂岩裂隙含水组，含水层水位标高1 068.46～1 216.72m，单位涌水量0.011 7～0.190 0L/s·m，渗透系数0.057 5～0.623 4m/d，富水性中等，主要含水层为2#煤底- 5号煤顶之含砾中- 粗砂岩及太原组底部K2砂岩，K2距离2#煤层100m。

通过分析，8102工作面开采后导水裂隙带将波及到太原组砂岩裂隙含水层顶部，即2#煤上覆的砂岩含水层，在工作面2102运输巷道和5102回风巷道施工底板疏放水孔14个，钻孔均无水，该含水层对本工作面回采影响较小。

通过分析，8102工作面开采后底板破坏深度不会波及到K2砂岩裂隙含水层，该含水层对本工作面回采影响较小。

5)奥陶系岩溶水

本区域奥灰水位标高+1 060～+1 061.5m，单位涌水量0.164 5～1.061 4L/s·m，渗透系数0.293 0～4.700 0m/d，富水性由中等到强，富水性不均一。8102工作面地带下伏奥灰含水层富水性中等，8102工作面底板最低标高为1 002.5m，最小隔水层厚度约120m，根据突水系数计算公式T=p/M,该巷奥灰水最大突水系数为0.019MP/m，小于受构造破坏块段突水系数0.06MPa/m，因此正常情况下8102工作面回采受奥灰水危害不大。

且《奥灰突水危险性评价报告》中指出：全井田开采2#煤奥灰突水系数为0～0.044MPa/m，均小于构造块段临界系数0.06MPa/m，全井田除构造破坏外为安全区，所以奥灰突水可能性不大，底板奥灰水充水强度较小。

综合分析，奥灰水对8102工作面回采影响较小。

3.3 工作面充水强度

根据对以上充水水源的分析，回采8102工作面对该工作面充水强度最大的是顶板砂岩裂隙含水层。8102工作面上覆K3砂岩含水不均一，富水性中等且有一定的补给。其巷道和切巷掘进期间，基本上没揭露明显出水点，只是巷道局部出现淋水、渗水，且持续时间不长。但相邻的8103工作面回采期间平均涌水量稳定在130m3/h，8102工作面与其水文地质条件相近，预计8102工作面的正常涌水量为60m3/h，最大涌水量为108m3/h。

4 防治水技术措施

4.1 掘进期间“有掘必探”

1)两条巷道超前物探

2102运输巷道：掘进期间累计施工超前物探11次，虽局部出现异常，但经钻探验证均未见水；

5102回风巷道：掘进期间累计施工超前物探8次，虽局部出现异常，但经钻探验证均未见水；

8102切眼：掘进期间累计施工超前物探2次，虽局部出现异常，但经钻探验证均未见水；

2)两巷道有掘必探工作

2102运输巷道：2102运输巷道掘进期间严格执行“有掘必探”制度，设计3个钻孔(探顶、探底、顺层)，顶板终孔位置距离2#煤顶板20m，底板孔终孔位置距离煤层底板15m。自巷道开口至切巷位置，累计施工11次探水作业，各探放水孔均未见水。

5102回风巷道：5102回风巷道掘进期间严格执行“有掘必探”制度，设计5个钻孔(探顶、探底、顺层、左帮、右帮)，顶板终孔位置距离2#煤顶板20m，底板孔终孔位置距离煤层底板15m。自巷道开口至切巷位置，累计施工8次探水作业，仅在巷道里程492m施工探放水孔作业时有一孔出水(出水量2m3/h，现已无水)，其余探放水孔均未见水。

8102切眼：切眼有掘必探作业，设计5个钻孔(探顶、探底、顺层、左帮、右帮)，顶板终孔位置距离2#煤顶板20m，底板孔终孔位置距离煤层底板15m。切眼累计施工2次探水作业，各探放水孔均未见水。

4.2 回采前物探

8102工作面圈定后，委托相关单位对本工作面进行了无线电波透视勘探(以下简称“坑透”)、地震槽波勘探、音频电透视探测三项探测工作。

1)坑透探测

坑透探测对8102工作面内煤层中的构造的分布情况进行探测，共探测出2处异常区。

1号异常位于8102工作面5102回风巷道测点16～18(距离切眼160～180m)，工作面5102回风巷道往工作面内57～97m，该异常区衰减程度相对弱。结合地质资料分析，推断该异常区为煤层变薄引起的异常。

2号异常位于8102工作面2102运输巷道测点1～2(距离切眼10～20m)，工作面2102运输巷道往工作面内0～35m，相对周围区域为衰减较强。结合地质资料分析，推断该异常区煤层变薄引起的异常[3]。

2)地震槽波勘探

8102工作面地震槽波勘探共发现3处地质异常区。经分析均为煤层破碎引起。没有发现断距大于1/2煤厚的断层和陷落柱等其他地质构造，其中：

(1)YC1异常：该异常区位于5102回风巷道3号导线点以西24m至3号导线点以东27m，在工作面内横向延伸约56m，纵向位置从距离5102回风巷道59～109m，形态为不规则形状。结合地质资料分析，推断YC1异常区为煤层破碎引起影响所致，较可靠。由于该异常位于测区边界位置，也有可能由于边界效应引起。

(2)YC2异常：该异常区位于2102皮带顺槽8号导线点以西17m至8号导线点以东57m位置，在工作面内横向延伸约76m，纵向位置从2102皮带顺槽向5102回风顺槽延伸约为21m，形态为一长条状。结合地质资料分析，推断YC2异常区为煤层破碎引起影响所致，较可靠。

(3)YC3异常：该异常区位于切眼处，在工作面内横向延伸约76m，纵向位置从5102回风巷道约38～114m，形态为不规则形状。结合地质资料分析，推断YC3异常区为煤层破碎引起影响所致，较可靠。由于该异常位于测区边界位置，也有可能由于边界效应引起[4]。

3)音频电透视探测

对8102工作面进行音频电透视探测，共探测出3个异常区。结论是：工作面顶板上80m范围内，地层的岩性综合相对均一，工作面顶板局部富水。相对富水区段大致分3个异常段(一处大异常区段和两处局部异常区段)。

(1)一处大异常区段：

2#异常区：位于5102回风巷道6号导线点向切眼方向15m至7号导线点往巷口方向9m的区域与2102运输巷道9号导线点往切眼方向22～44m区域之间，在工作面内贯穿。在128Hz发射接收成果图中，该处区域均为高电导率异常区域，分析认为该处区域可能为砂岩裂隙水影响，顶板岩层裂隙较为发育。

(2)两处局部异常区段：

1#异常区：位于5102回风巷道3号导线点往切眼方向50m至8号导线点往巷口方向30m区域与2102运输巷道8号导线点至9号导线点往巷口方向15m区域之间。在16Hz发射接收成果图中，该处区域均为高电导率异常区域，但异常区分布较为零散，在局部区域异常区存在尖灭等现象，分析认为该处区域可能为砂岩裂隙水影响，顶板岩层裂隙较为发育。

3#异常区：位于5102回风巷道3号导线点往巷口方向25m至5号导线点往切眼方向17m区域与2102运输巷道9号导线点往巷口方向25m至8号导线点55m区域之间。在128Hz发射接收成果图中，该处区域均为高电导率异常区域，但高电导率区域的面积不同，在不同高度，异常区面积发生变化，分析认为该处区域可能为砂岩裂隙水影响，顶板岩层裂隙较为发育。

针对所提供的工作面物探异常区，编制了专项探放水设计，共施工了3个异常区验证孔，均无水。

4.3 回采前钻探疏水

8102工作面圈出后，在运输巷道共计设计施工探放水钻孔28个。其中K3砂岩裂隙含水层探测孔9个，K4砂岩裂隙含水层探测孔5个，2#煤层底板孔14个，均无水。

4.4 排水系统

1)8102工作面排水路线

排水路线为：8102工作面→2102巷→2102皮带顺槽检修联络巷→11采区辅运巷→副斜井水沟→井底主水仓。

2)排水系统具体情况

8102工作面设备列车上配备两台水泵，分别为D85-45×9离心泵和BQS80-100-45潜水泵，两台水泵均接6寸管路，将水排至副斜井水沟或排至2102皮带顺槽350m、660m水仓。

2102运输巷道350m和660m处有两个水仓(均为40m3)，两水仓各配备2台BQS 80-100-45潜水泵，水仓中一台连接4寸排水管路，另一台连接连接6寸排水管路，直接排至副斜井水沟。

针对此排水系统直接排水能力，机电部已委托资质单位进行了排水试验。350m水仓最大排水能力为122m3/h，660m水仓最大排水能力为128m3/h。两个水仓的排水能力均大于预测最大涌水量108m3/h。

3)排水能力设计

8102工作面设备列车上配备两台水泵，分别为D85-45×9离心泵和BQS80-100-45潜水泵，并在2102皮带顺槽350m和660m两个水仓分别配备2台BQS 80-100-45潜水泵，共6台，作为8102工作面主要排水泵。

5 结论

通过对8102工作面地质特征的分析，基本查清了8102工作面水患情况，充水水源以上覆山西组、下石盒子组砂岩裂隙含水层为主；采用物探和钻探技术手段，通过施工探放水孔，水压和水量均急剧减小，达到了疏水降压的目的，将水患威胁降低至了可承受范围内。