北翼大巷過F（高長營孜）斷層防治水方案研究

周海坤

摘 要：袁店二井煤礦F高長營孜正斷層落差達500m，切割地層范圍廣，導致北翼大巷按原設計標高穿過該斷層時將穿太原組灰巖。因此，研究北翼大巷過F高長營孜斷層防治水方案，具有重要的實際應用意義。

關鍵詞：斷層；太灰水；防治水方案

1 概況

袁店二井煤礦位于安徽省濉溪縣和渦陽縣交界處曹市鎮境內，東西長約10.9～13.3km，南北寬1.3～5.3km，面積約41.59km2。北翼三條大巷位于礦井井底車場北部，按設計巷道向前掘進將過F高長營孜正斷層，見圖1。F高長營孜斷層走向北東-北，傾向北西-西，傾角55～65°，落差500m。北翼大巷直接穿過該斷層時將穿太原組灰巖，極易發生突水事故。所以，必須先確定安全防隔水煤巖柱，然后探明斷層的導水性、富水性以及水壓力大小等參數，從而采取相應的防治水措施，保證三條大巷安全通過斷層。

2 水文地質條件分析

該區域水文地質情況復雜，主要充水水源有煤系頂底板砂巖裂隙水、斷層水，并受太原組灰巖水的威脅，分別如下：

2.1 煤系頂底板砂巖裂隙水

該區域煤系頂底板含水層富水性不均一，主要受構造裂隙發育程度的控制，局部地段由于構造裂隙發育，富水性較強，但其補給不足。

2.2 斷層水

根據已施工巷道揭露斷層情況分析，斷層處大都比較破碎，且伴有出水現象。

2.3 太原組灰巖巖溶裂隙水

太原組灰巖含水層為承壓含水層，主要以層間徑流補給為主。太原組厚度132.40m，含石灰巖12層，總厚75m。由水文地質綜合資料，1～4層灰巖累計厚度21.34m，通常視其為一個統一的含水層，q=0.230～0.683l/s.m，K=0.04756～1.814m/d，其富水性為中等。

3 安全防隔水煤巖柱確定

根據《煤礦防治水規定》要求，在巷道開挖至F高長營孜斷層附近時（見圖2），應該計算安全防隔水煤巖柱的寬度，下面分別求算煤巖層順層煤巖柱寬度L和底板抗水壓煤巖柱寬度Ha。

3.1 突水系數法計算

根據《煤礦防治水規定》，底板抗水壓煤巖柱寬度Ha可按下列公式計算：

根據本礦04-07、07-9和09-觀3孔對太原組一～四灰抽水試驗資料：太灰靜止水位標高16.41～19.23m，埋深約600m，所以取太灰水頭壓力p為6.2MPa。臨界突水系數Ts取淮北地區經驗值0.1 MPa/m。受F高長營孜斷層影響，該區域裂隙發育，保護層厚度取20m。根據公式（1），求得底板抗水壓煤巖柱寬度Ha為82m。

3.2 煤巖層順層防水煤巖柱寬度求算

根據《煤礦防治水規定》，斷層的煤巖層順層防隔水煤巖柱的留設可參照下列經驗公式計算：

根據本礦具體地質條件，各參數取值分別為：安全系數K取4.0，巷道高度M為4.6m，太灰水壓p取6.2MPa。根據巷道頂底板巖石力學性質測試，采用加權平均法，取巷道巖石的抗拉強度Kp為0.23Mpa。根據公式（2），求得在斷層附近開挖巷道順層煤巖柱寬度L不應小于82.8m。

由于斷層面與巷道掘進方向存在一定的夾角，為確保安全，按公式（1）計算結果Ha反算安全防隔水煤巖柱寬度L。根據鉆孔資料，F高長營孜斷層在北翼回風、北翼膠帶、北翼軌道大巷的傾角α分別為37°、34°和33°，求得-535m標高的北翼回風大巷安全防隔水煤巖柱寬度為137m，在-560m標高的北翼軌道和北翼膠帶大巷安全防隔水煤巖柱寬度分別為150.7m和146.7m，當巷道掘進至此位置須停頭探查。

4 探查方案及結果分析

分析圖紙資料可知，北翼三條大巷中北翼軌道大巷底板距離灰巖最為接近，屬于突水危險系數最高的巷道，為了減少工作量，初步確定北翼軌道大巷作為探查代表工程。堅持物探超前的原則，首先在北翼軌道大巷施工瞬變電磁法進行探測，然后設計鉆孔進行探放水和壓水試驗，探查F高長營孜斷層的導水性、富水性以及水壓力大小等參數。物探結果表明掘進前方及頂底板地層富水性較弱，僅局部存在低阻異常區域。為加強對F高長營孜斷層的控制，在北翼軌道大巷施工四個鉆孔，其中兩個孔由于塌孔嚴重而報廢，實際有效鉆孔只有2個。根據探查結果，鉆孔出水量均在0.3m3/h左右，水壓1Mpa，水溫28℃，且兩孔在壓水試驗過程中透水率均不大，分別為0.027Lu和0.188Lu，表明在巷道順層方向上，斷層破碎帶的裂隙較為發育，該處可劃分為微透水，初步推測巷道前方F高長營孜斷層富水性與導水性較弱，太灰水富水性較弱。

根據北翼軌道探查情況，掘進前方地層較為破碎塌孔嚴重，鉆探工程難以繼續，同時考慮到北翼回風大巷離太原組灰巖相對較遠，掘進施工相對安全，采取以該巷為超前掘進巷，按照物探超前、邊探邊掘方式施工，不斷探查F高長營孜斷層的導水性、富水性以及水壓力大小等參數。為此，在北翼回風大巷累計瞬變電法探測3次，設計施工探查鉆孔12個，其中僅有兩個孔出水稍大，最大出水量約6m3/h并逐漸減少，其它各孔出水量均小于0.5m3/h，測定太灰水壓最大為4.7MPa，水溫30℃。探查結果進一步證明，掘進區段F高長營孜斷層富水性與導水性較弱，太灰水具有高水壓、貧富水的特點。

5 結束語

通過采取物探、鉆探、水文地質化驗和現場壓水試驗等方法，查明了掘進前方F高長營孜斷層導水、富水性較弱，太灰含水層具有高水壓、貧富水的特點。根據實施的有效鉆孔所揭示的斷面和灰巖的空間位置關系，計算得出按原設計施工北翼軌道和北翼膠帶大巷前方距灰巖法距少于防突水設計的安全距離，為確保安全通過該斷層，建議調整施工方案，北翼軌道大巷采取拐彎施工至北翼回風大巷北側后按原方位掘進，而北翼膠帶大巷爬至與北翼回風大巷同標高施工，避開可能突水的位置。

參考文獻

[1]國家安全生產監督管理局，國家煤礦安全監察局.煤礦防治水規定[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

[2]陳陸望，侯善軍，等.袁店二井煤礦104采區大巷過F高長營孜斷層防治水方案研究[R].2013.