張雙樓礦－500m西三、西四采區防治水分析與對策

蔣世杰，裴道奇

（徐州礦務集團 生產技術部，江蘇 徐州221006）

張雙樓煤礦－500m水平西三、西四采區位于井田西翼西風井兩側，水文地質條件復雜，1997年4月19日西風井掘進曾發生突水，最大突水量為1631m3／h，造成西風井淹井。主要原因是受巷道臨近的F15斷層附近次一級構造影響，減小了9煤底板與四灰之間的有效隔水層厚度，致使高壓四灰水突出。張雙樓煤礦為緩解礦井采區接續緊張、礦井向深部延深加快安全生產難度大的不利局面，決定開采西三、西四采區，并對該區域的防治水工作進行了分析，采取了相應對策，取得了較好效果。

1 水文地質條件

張雙樓井田走向長13.5km，傾向長2.6km，位于豐沛復背斜的北翼，基本上為單斜構造。井田東為張雙樓—徐莊斷層，西為鴛樓斷層，北為三河尖—姚橋斷層的南下降盤，南為基巖地層隱伏露頭。井田內斷層、陷落柱發育，地質勘探揭露大中型斷層21條，井下巷道揭露陷落柱2個，地震勘探探測8個。近EW向F9和NE向F11斷層將井田劃分為3個水文地質單元，F9斷層以南、F11斷層以東為一單元，水文地質條件中等，F9斷層以南、F11斷層以西為二單元，水文地質條件復雜，F9斷層以北深部地區為三單元，水文地質條件簡單。西三、西四采區采位于二單元，斷裂構造與陷落柱發育，影響7、9煤開采的主要水害因素是導水裂隙帶內頂板砂巖水，第四系底礫層、下石盒子組分界砂巖、太原組四灰及奧灰等則是間接充水水源。奧灰含水層在井田南部有14km2的隱伏露頭區，水位高、水壓大，含水量豐富，通過底礫層、基巖風化帶、構造破碎帶和陷落柱等向礦井補給，是礦井地下水的總補給水源。7、9煤頂、底板巖性特征見圖1。

圖1 7、9煤地層綜合柱狀

多年開采實踐證明，西三、西四采區水文地質條件復雜，10個陷落柱主要集中在西三、西四采區內，其中在井下山西組地層巷道揭露2個陷落柱，周邊有出水現象。由于遇到陷落柱能及時采取有效的措施，保證了礦井的安全生產，因此，9煤開采時陷落柱有導通奧灰水的可能，存在突水危險。

2 西三、西四采區煤層開采防治水對策

2.1 井下疏放水孔放水

為了保證西三、西四采區開拓與工作面的安全回采，防止底板四灰突水，從1998年7月起對西三、西四采區的太原組進行疏水降壓（見圖2）。

1998年7月21日～11月7日，在西三采區1號放水巷迎頭施工3個平孔，均達到目的層四灰，工程量275m，最大涌水量170m3／h，正常涌水量80m3／h；1999年2月～1999年4月施工2號放水巷，巷道長128m，迎頭見陷落柱，右肩窩有一出水點，水量11.3m3／h，因擔心陷落柱突水而停頭。1999年12月12日，在陷落柱外段放水巷附近施工了2個立孔，均揭露四灰，工程量140m，最大涌水量70m3／h，正常涌水量40m3／h。

圖2 西三、西四采區鉆孔布置

從1998年8月第一個孔出水到2008年底，西四采區四灰總放水量6.25Mm3，水26孔四灰水位已降至－79 m，下降39m，水6孔水位降至－150m，下降70m。

為進一步加快西三、西四采區四灰水的疏放速度，2006年8月～2008年1月22日先后在西四采區－290m回風道、－376m車場、西四－500m放水巷，共3個水平施工6組18個孔，總工程量為1861m，到2008年3個水平放水鉆孔總涌水量為490m3／h。－376m車場放水鉆孔水壓已經降至1MPa，－290m水平東西兩翼各有一組放水鉆孔已基本不再出水，四灰水位明顯下降。自2006年8月西四實施放水以來到2008年12月底，總放水量為7.65Mm3。

隨著礦井產量提高、采掘速度加快，進入2009年后采掘頭面向西三、西四采區轉移，為進一步加快該區域四灰水的疏放速度，在西三－290m回風巷施工立孔2個，工程量146m，最大涌水量185m3／h、－500m變電所施工1個鉆孔，工程量126.9m，最大涌水量134m3／h。放水鉆孔出水后，地面水6四灰觀測孔至2009年8月已經觀測不到水位，地面水20四灰觀測孔至2009年12月已經觀測不到水位，保證了－500m水平西三、西四采區9802、9602工作面的安全帶壓回采。

通過加大疏放四灰水力度，至2010年6月底，西四采區－438m車場四灰放水鉆孔水壓0.6MPa，西三軌道上山二平臺四灰放水鉆孔水壓1.1MPa，水頭壓力均在該兩采區安全帶壓開采允許值以內。截止到2010年6月底，西三、西四采區累計放水18.934Mm3。9煤底板四灰水位從－79m，到2010年6月底下降至－320m，累計水位降幅241m，水位疏降速度為78500m3／m。

2.2 地面物探進行水文地質普查

2008年12月～2009年1月，采用地面瞬變電磁法對西三、西四采區水文地質情況進行了補充勘探，基本測網點2270個、加密點1030個、檢查點188個，總面積達3.08 km2。通過探查得出：第四系底礫層段普遍含水，但南部相對較強，而北部相對較弱；7、9煤頂板砂巖層段低阻異常范圍較大，而十二灰和奧灰附近的富水范圍較小。即從上往下異常幅度逐漸減弱、異常邊界往南位移。

從異常性質上來看主要異常條帶在隱伏露頭附近沿地層走向展布，異常邊界自淺往深向南退，異常條帶明顯近南北向延伸，進一步證明各主要含水層隱伏露頭附近裂隙發育并通過隱伏露頭風化帶接受奧灰水的補給，查明了西三、西四采區水文地質條件，為采區的開拓、工作面回采的防治水提供了技術依據。

2.3 井下物探超前、鉆探驗證

根據地面物探資料，為了保證掘進安全，防止盲目進入富水帶或導水裂隙帶，西四采區9802工作面在2008年掘進時，在井下采用直流電法超前探測技術，一次超前探測80m，在探測范圍內如果無異常區，一次可掘進60m，再進行探測的方法，依次循環，如發現異常段則留足安全距離后進行鉆探（見圖3），保證了9602工作面掘進時的安全。

圖3 直流電法超前探測成果

在9802工作面回采前采用礦井瞬變電磁法探測技術，對頂底板、工作面內異常區進行水文鉆探驗證，疏放了頂板砂巖水及底板四灰水，將底板四灰水頭值控制在安全值以下，保證了工作面的正常回采。

在9802工作面取得成功經驗后，西三、西四采區先后成功開采了9602、9604、9606、9804等工作面，通過井下物探、鉆探查出了9606工作的陷落柱以及9804邊緣9806工作內陷落柱的導水性，保證了西三、西四采區各工作面安全生產。

2.4 加強底板突水機理研究

結合主產實際積極開展有關底板突水機理研究，從影響突水的因素—水源（水量、水壓）、地質構造、隔水層強度、采礦活動及地應力等方面著手，根據“下三帶”的理論，開展礦井防治水工作。

張雙樓煤礦9煤開采時，底板實際隔水層厚度只有22 m，參照有關規范以及一些礦井防止底板突水方面的經驗資料，以及張雙樓煤歷年開采資料研究，9煤開采時底板太原組4灰安全水壓應該控制在1.54MPa以下，符合《煤礦安全規程》第二百七十條規定的要求。

3 結語

多年開采實踐證明，張雙樓煤礦山西組7、9煤的開采受底板四灰高壓水威脅，西三、西四采區斷層、陷落柱多構造復雜，有導通奧陶系灰巖水的可能，水文地質條件復雜，但通過影響工作面回采的水害因素分析研究，采取了井下疏放水降壓、將水壓控制在安全水頭值以下，以及地面物探、井下物探鉆探、底板突水機理研究、加強底板監測等手段，先后安全有效地開采了－500m水平西三、西四采區9802、9804、9602、9604、9606等多個工作面，不但技術可行、經濟合理，而且保證了礦井的正常接續，提高了礦井的經濟效益，對類似水文地質條件復雜的礦井防治水工作有借鑒作用。