頂板異常情況與下伏含水層形成垂向補(bǔ)給通道可能性的研究

摘要：煤礦水害是威脅煤礦安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要因素，煤礦水害事故的發(fā)生不僅造成不可挽回的巨額經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)會(huì)威脅到井下職工的人身安全。通過研究掘進(jìn)巷道頂板異常情況與下伏含水層形成垂向補(bǔ)給可能性的關(guān)系，作為判定該區(qū)域水文地質(zhì)條件異常的一項(xiàng)重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤礦防治水；頂板異常；下伏含水層；垂向補(bǔ)給通道

以冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦112121工作面為例，分析綜采工作面頂板異常的顯示特征，對(duì)工作面上覆巖層的變化進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合工作面四周防探水超前探測(cè)鉆孔資料，以期掌握頂板異常情況與下伏含水層形成垂向補(bǔ)給通道可能性的研究。

一、概況

辛安礦位于河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)南部，東北距邯鄲市50km，由原黃沙井田和辛安區(qū)兩部分組成。井田走向長7km，東西寬約2.8km，面積15.28k㎡。礦井資源儲(chǔ)量1.3億t。煤種為優(yōu)質(zhì)肥煤。該井田主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。2010年該礦2124工作面運(yùn)輸巷迎頭突水造成-500水平被迫停產(chǎn)，2011年6月份復(fù)產(chǎn)；2011年12月11日，該礦2106工作面開采過程中，采空區(qū)內(nèi)滯后底板突水，預(yù)計(jì)突水量最大為24000m3/h，礦井淹沒水位控制在-45水平，2012年6月復(fù)產(chǎn)。隨后該礦礦井水文地質(zhì)劃分類型為極復(fù)雜型。

（一）工作面概況。112121工作面位于礦井-500水平212采區(qū)，工作面南至漳村保護(hù)煤柱，北至212采區(qū)運(yùn)煤下山，東鄰2123工作面采空區(qū)，西至-500水平大巷。2121工作面兩巷長750m，可采長度670m，工作面寬115m，煤層平均厚度4.3m.

（二）地質(zhì)概況。112121工作面主要可采煤層為2號(hào)煤層，為條帶狀亮煤和半亮煤，煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般無夾矸。煤層厚度2.25～6.15m，平均4.01m。

2號(hào)煤層直接頂板多為一層0～8.26m的粉砂巖，厚度變化大，不穩(wěn)定，開采時(shí)易冒落。間接頂板（老頂）為中細(xì)粉砂巖，厚度2.7～25.3m，平均厚度10m左右，質(zhì)地堅(jiān)硬，不易垮落，在斷層帶附近節(jié)理裂隙發(fā)育。底板為深灰～黑色砂質(zhì)泥巖，厚度4～12.03m，平均6m左右，個(gè)別地區(qū)為砂頁巖互層，含植物根部化石。

二、工作面巷道頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

工作面頂煤堅(jiān)硬完整情況下采用錨網(wǎng)索+w鋼帶聯(lián)合支護(hù)（280mm寬），巷道為斜矩形斷面，凈規(guī)格4200×3400mm（凈寬×凈高）。

選用φ20m的鋼絞線錨索。設(shè)計(jì)運(yùn)料巷每排為三根錨索，運(yùn)煤巷每排為四根錨索，兩巷錨索設(shè)計(jì)長度為9000mm。每根錨索配樹脂藥卷MSK2835一卷和MSZ2835五卷，配鋼板托盤一只，規(guī)格300×300×18mm。

運(yùn)料巷錨索布置：頂錨索三排，呈矩形布置，間排距為1600×1100mm；幫錨索間排距為1600×1500mm，距底板1400mm。

運(yùn)煤巷錨索布置：頂錨索三排，呈矩形布置，間排距為1600×1100mm；幫錨索間排距為1600×1500mm mm，距底板1400mm。并且每排在下幫切頂線往上幫300mm的位置處，補(bǔ)打一排錨索，補(bǔ)打錨索間距為1600mm。

拱部（頂部）錨桿支護(hù)參數(shù)

選用φ20mm的螺紋鋼錨桿，長度為2000mm，由MSK2335和MSZ2335樹脂藥卷各一卷作為錨固劑，配備鑄鋼方托盤（260×200×18mm）一塊。拱部錨桿間距為700mm，排距為800mm。

三、頂板異常顯現(xiàn)規(guī)律分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料收集情況，2121工作面掘進(jìn)頂板支護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)頂板異常兩處：

（一）頂板異常1區(qū)：2121工作面回風(fēng)石門經(jīng)緯點(diǎn)656點(diǎn)前10m處，頂板支護(hù)打頂錨桿時(shí)，自煤層頂板以上2m處，發(fā)現(xiàn)頂板出現(xiàn)部分高度0.2m空腔，打錨桿透空時(shí)孔內(nèi)短時(shí)間內(nèi)涌出積水，隨后孔內(nèi)水流改為滲流補(bǔ)給，分析積水來源為淹井時(shí)殘留積水。其平面位置如下：

（二）頂板異常2區(qū)：2121運(yùn)料巷675點(diǎn)前20m處，頂板支護(hù)打頂錨桿時(shí)，自煤層頂板以上6m處，發(fā)現(xiàn)頂板出現(xiàn)部分高度0.4m空腔，打錨桿透空時(shí)孔內(nèi)短時(shí)間內(nèi)涌出積水，隨后孔內(nèi)水流改為滲流補(bǔ)給，分析積水來源為淹井時(shí)殘留積水。該處臨近斷層，圍巖較為破碎。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域底板較軟，用錨桿探測(cè)，地板破碎，松軟，后經(jīng)打鉆驗(yàn)證該斷層裂隙發(fā)育，局部導(dǎo)水，將下伏各含水層聯(lián)系起來。其平面位置如下：

四、瞬變電磁異常區(qū)分布規(guī)律

為探明2121工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況及一定范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件，礦方多次委托中國礦業(yè)大學(xué)采用綜合物探探測(cè)技術(shù)，對(duì)2121工作面進(jìn)行探測(cè)與評(píng)價(jià)。

1號(hào)異常區(qū)：位于2121運(yùn)料巷臨近回風(fēng)石門處8～10測(cè)點(diǎn)之間，向下呈開口狀，頂部距離巷道底板68m，可解釋為對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)圍巖局部裂隙發(fā)育且被低阻泥巖介質(zhì)充填的反應(yīng)，從視電阻率值相對(duì)變化情況分析，其賦含水性較弱。其平面位置緊鄰頂板異常1區(qū)。

2號(hào)異常區(qū)：位于2121運(yùn)料巷38～41號(hào)測(cè)點(diǎn)之間，向下呈開口狀，頂部距離巷道底板65m，可解釋為對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)巖層局部裂隙發(fā)育且被低阻泥巖介質(zhì)充填的反應(yīng)，從視電阻率值相對(duì)變化情況分析，其賦含水性較弱。其平面位置即以頂板異常2區(qū)為中心。

五、頂板異常情況猜測(cè)分析

當(dāng)工作面下伏含水層存在局部徑流帶，裂隙發(fā)育，水源補(bǔ)給充足的情況下，在水流溶蝕、搬運(yùn)作用下，其裂隙不斷擴(kuò)大，在上覆巖層的壓力下，地層出現(xiàn)小幅度沉降，破碎巖層在徑流帶重復(fù)溶蝕、搬運(yùn)過程中，垮落帶逐漸向上部巖層延伸，直到遇到上覆巨厚巖層。煤層頂板老頂上覆巨厚中細(xì)砂巖能夠承受較大的地層壓力而不發(fā)生垮落，從而在緊鄰巨厚巖層的位置，形成小范圍空腔。

六、結(jié)語

綜上所述，在工作面開采之前，對(duì)工作面下伏含水層缺少認(rèn)識(shí)的前提下，對(duì)整個(gè)工作面進(jìn)行瞬變電磁探測(cè)，不僅工作量繁重，而且操作上存在困難。如果在工作面巷道掘進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)頂板異常，出現(xiàn)空洞的情況，可以重點(diǎn)對(duì)該區(qū)域水文地質(zhì)條件進(jìn)行探測(cè)研究，提前發(fā)現(xiàn)異常，做好應(yīng)對(duì)措施。因而，頂板出現(xiàn)空腔異常時(shí)，可以作為判定該區(qū)域水文地質(zhì)條件異常的一項(xiàng)重要依據(jù)。