同忻井田石炭系煤层底板岩溶水探查与防治

李玉兵

（晋能控股煤业集团同忻煤矿山西有限公司，山西 大同 037000）

同忻井田位于大同煤田北东部，大同向斜东翼，属十里河水系，桑干河支系，井田边界东以口泉断裂、青磁窑断裂为界，南、西、北为人为边界，井田面积为85.124 7 km2，开采石炭系3#—5#、8#层。

井田内及周边共有地面水文孔44个，其中大部分水文孔施工于上世纪70年代，钻孔抽水质量差，抽水不合格，仅涌水量资料可作参考。2011年井田施工了3个地面水文孔，探测井田岩溶水水位标高为859.2~1 045 m。

为详细查明井田内石炭系煤层底板岩溶水富水性及有效隔水层厚度、岩性特征等，决定在同忻矿井下施工水文孔，以查明井田内岩溶水带压分布特征，并提出防治技术、方法。

1 石炭系煤层底板岩溶水探查

1.1 钻孔施工

施工5个井下岩溶水水文观测孔，其中一盘区2个孔，一盘区西翼1个孔，二盘区1个孔，三盘区1个孔。钻孔开孔孔径为Ф190mm，施工至8#层底板2m处，下入一支Ф168 mm的套管；二开孔径Ф152 mm，钻入奥陶系一支，Ф127mm的套管；三开孔径Ф113mm，钻入寒武-奥陶系200m终孔，套管外壁采用水泥注浆。

1.2 钻孔抽水试验情况

钻孔施工完后通过对其中4个孔（钻孔编号为TJ1、TJ3、TJ5、TJ6）进行抽放水试验发现，井田奥陶-寒武系灰岩单位涌水量为0.003 6~0.161 1 L/（s·m），渗透系数为0.001 2~0.060 0 m/d，富水性弱，水位标高为790~900 m，水头压力为1.08~1.91 MPa，3#—5#层突水系数为0.010~0.021 MPa/m，8#层突水系数为0.014~0.029 MPa/m，具体数据如表1所示。

表1 井下水文长观孔成果表

1.3 岩溶水隔水层岩性情况

通过对钻孔内岩性记录发现，3#-5#煤层底板隔水层岩性以砂岩、砂砾岩、高岭岩及8#煤为主，具体岩性如下：

1）C2b隔水层：C2b隔水层平均厚度为23.81 m，主要以粉砂岩、细砂岩为主，中夹1~2层为薄层石灰岩（K1），底部发育山西式铁矿或铝土质泥岩是寒武-奥陶系灰岩与上部地层之间良好的隔水层。

2）C3t 3#—5#与8#之间隔水层：3#—5#与8#煤层之间，岩性为中、细、粉砂岩、砾岩、高岭岩和6#、7#煤层，厚25.89 m，泥岩类为隔水层，砂岩具有半隔水作用。

3）8#与C2b之间隔水层：8#煤层至本溪组之间，岩性为粗、中、细粉砂岩、砂质泥岩、高岭岩，厚度为34.07 m，泥质岩类为隔水层，砂岩有半隔水作用。

1.4 井田岩溶水分布规律

井田内西南部岩溶水水头压力较高，达2.2 MPa，井田中、东部区岩溶水压力为1.4~1.8 MPa，井田南部（TJ3孔处）岩溶水水头压力为2.0 MPa。井田西部3#-5#煤层隔水层厚75~100m，中部隔水层厚50~90m，厚度变化较大，东部隔水层厚70~100 m，岩溶水径流方向自西向东，东部口泉河为岩溶水排泄口。

2 石炭系煤层底板岩溶水分区及防治技术

2.1 底板岩溶水分区

根据井田内地质构造情况，结合岩溶水带压分布特征，将井田岩溶水划分4个区（如图1）：

图1 井田奥陶-寒武系岩溶水分区图

1）Ⅰ区：以NNE向岩浆岩墙为西边界（岩浆岩对岩溶水有隔水作用），东、南、北至矿界，该区域内陷落柱发育，共有陷落柱11个，并发育断层构造。水位标高790~812 m，煤层底水头压力为1.4~2.0 MPa，3#—5#层突水系数为0.011 MPa/m，8#层突水系数为0.015 MPa/m。

2）Ⅱ区：分为Ⅱ1和Ⅱ2区，东以NNE向岩浆岩墙为界，西至韩家窑背斜轴，南、北部至矿界，该区内地质构造简单，揭露断层3条，考虑到中部EW向岩浆岩墙的隔水作用，Ⅱ区进一步划分为Ⅱ1和Ⅱ2区。水位标高802~870 m，煤层底水头压力为1.4~2.0 MPa，3#—5#层突水系数为0.011~0.021 MPa/m，8#层突水系数为0.015~0.029 MPa/m。

3）Ⅲ区：东以韩家窑背斜轴为界，西以NNW向岩浆岩墙隔开，南、北部至矿界，该区域内断层构造发育，发育NE、NW向两组断层。水位标高835~883 m，煤层底水头压力为1.4~1.8 MPa，3#—5#层突水系数为0.010~0.012MPa/m，8#层突水系数为0.014~0.025MPa/m。

4）Ⅳ区：东部以岩浆岩墙为界，西至矿界，该区域内地质构造简单。水位标高867~890 m，煤层底水头压力为1.8~2.2MPa，3#—5#层的突水系数为0.010~0.012 MPa/m，8#层突水系数为0.014~0.025 MPa/m。

2.2 防治技术

1）Ⅰ区内陷落柱、断层发育，要重点探测地质构造的导水性，特别是一些切割深度大的张性、张扭性断层和层位低的隐伏陷落柱；对导水性强的断层、陷落柱按规定留设防隔水煤柱，防隔水煤柱的留设要综合分析地质构造、水文地质条件、煤岩层赋存条件、煤岩层组合结构、围岩物理力学性质等内容。

2）Ⅱ区内地质构造简单，但中部隔水层厚度较薄，开采石炭系下部8#煤层时，应采取预注浆来加固底板隔水层；其次两组岩浆岩墙交汇处，岩溶水受两组岩墙阻隔，径流交替缓慢，须进一步补充勘查，查明该区域水位、水头压力、带压分布特征。

3）Ⅲ区内断层构造发育，应加强断层导水性探测，南部揭露一个陷落柱，加强陷落柱探测。NE、NW向两组断层交汇处，煤岩体破碎、裂隙发育，隔水层有效厚度会降低，是防治岩溶水突水重点，因此在采掘过该区域时，必须提前探测好隔水层裂隙发育的情况。

4）Ⅳ区内水头压力大，可以采取疏水降压，降低水位标高或注浆加固底板隔水层等方式，同时采取物探、钻探查明隐伏地质构造导水性。

5）采掘工作面推进至距地质孔、水文孔10 m处时，检查工作面两巷排水系统，大功率应急电泵热备用以及排水管路畅通情况，确保钻孔出水后，能及时排出；采掘工作面过地质孔、水文孔期间，要加强观察顶、底板及煤壁出水，且发现出水异常情况，要立即断电、撤人。

3 结语

同忻矿开采石炭系3#—5#、8#煤层，属带压开采，通过施工井下水文长观孔，并在进一步查明井田内岩溶水分布规律的基础上，首次采取分区研究的方法，根据地质构造发育程度、岩溶水水头压力、突水系数等，将井田岩溶水划分4个区，针对不同分区，进行分析研究，提出专项防治技术，保证了井下采掘施工安全，取得了显著应用成效。