下梨園煤業40101綜放工作面頂板水防治技術

2017-12-14 09:29:45張仕同孟海翔霍昌楊洋王凱

綜合智慧能源 2017年11期

張仕同，孟海翔，霍昌，楊洋，王凱

(山西朔州平魯區茂華下梨園煤業有限公司，山西朔州 036800)

張仕同，孟海翔，霍昌，楊洋，王凱

(山西朔州平魯區茂華下梨園煤業有限公司，山西朔州 036800)

分析了下梨園煤業40101工作面頂板上覆巖層水文地質情況，結合采區地質及工作面頂板巖層結構，預測了工作面頂板涌水類型。通過綜合采用物探、鉆探、化探相結合的探測手段，查明了富水異常區，驗證了頂板涌水來源，預防了工作面頂板水害事故。生產實踐證明了“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的科學性。

工作面；巖層結構；頂板水；涌水類型；覆巖層；物探；鉆探；化探

1 工作面概況

山西朔州平魯區茂華下梨園煤業有限公司(以下簡稱下梨園煤業)40101綜放工作面位于4煤層401采區南部，為401采區首采工作面，其煤層底板標高1 243～1 276 m，煤層傾角平均-3°，平均煤厚9 m，走向長1 620 m，傾向寬150 m，面積243 000 m2。

2 地質與水文地質概況

2.1 地質概況

401采區位于井田4煤層中，東鄰401采區回風巷，西至井田邊界，南鄰中煤平朔集團井工三礦，北鄰40102掘進工作面，煤厚9.07～16.80 m，平均13.48 m，煤層頂板為泥巖、中砂巖，底板為砂質泥巖、細砂巖。40101綜放工作面總體為一走向NEE、傾向SSE的單斜構造，地層產狀平緩，傾角在2°～5°之間變化，掘進揭露一條落差2.7 m正斷層。

2.2 水文地質概況

2.2.1 地表水及河流

井田內無地表季節性河流，中部發育向北傾斜的主沖溝，各大小沖溝平時基本干涸無水，唯雨季時才匯集洪水，由井田東西兩側向中部主沖溝匯聚，最后向北排出井田，輾轉注入馬關河。

2.2.2 含水層

(2)二疊系下統山西組和下石盒子組砂巖裂隙含水層組因埋藏淺，近地表巖石均已風化，屬風化裂隙水。據鄰區東露天勘探區西北部邊界的D701號鉆孔抽水資料，單位涌水量為0.000 5～0.002 8 L/(s·m)，滲透系數k為0.002 340～0.005 207 m/d，水位標高為1 224.00～1 358.35 m，該含水層組富水性弱。

(3)第四系松散巖類孔隙含水層組廣泛分布于井田內，一般厚度為0～54.0 m，平均33.5 m。巖性上部為淺紅色亞粘土、砂質粘土，含多層鈣質結核，底部為砂礫石間夾少量粘土，孔隙發育，連通性好，透水性強，含水較豐富，富水性中等，為近地表一個較好的含水層。

3 頂板水防治方法

工作面回采前嚴格按照“預測預報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原則，采取“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的綜合探測手段[1]。

3.1 超前物探

2013年4月，井田中部劃定區域開展地面瞬變電磁勘探工作，對40101綜放工作面頂板富水性進行了探查。通過本次地面瞬變電磁勘探，圈定了40101綜放工作面頂板砂巖K3，K4砂巖含水層局部富水異常區。

(1)圈定了4煤層上覆的K4砂巖局部富水異常區Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ(如圖1所示)。其中異常區Ⅰ，Ⅱ高程在1 295～1 315 m，距離4煤層垂高38～58 m；異常區 Ⅲ 高程在1 310～1 330 m，距離4煤層垂高40～60 m。

(2)圈定了4煤層直接頂K3砂巖局部富水異常區3(如圖1所示)，異常區3的高程在1 275～1 290 m，距離4煤層垂高2～17 m。

圖1 40101工作面物探富水異常區平面位置示意

3.2 鉆探驗證

(1)正常段富水性探查。40101綜放工作面頂板富水性探查布置在40101運輸順槽與40101回風順槽。兩順槽各從切眼開始每50 m布設1個鉆場，對40101綜放工作面頂板砂巖含水層進行超前探查，每個鉆場按要求布置5個鉆孔。按計劃布設鉆場64個，設計工程量24 448 m，已完成工程量18 008 m。

(2)物探富水異常區鉆探驗證。對頂板K4砂巖物探富水異常區施工補探鉆孔，首先施工物探異常區中心驗證孔，鉆孔終孔位置穿過物探異常區垂高10 m，根據中心鉆孔出水情況確定加密鉆孔布置程度，直至物探低阻異常區得到充水探查與疏放。施工出水鉆孔16個，共疏放頂板水41 840 m3。

3.3 化探跟進

表1 40101工作面水質化驗成果

4 頂板水防治效果

下梨園煤業40101綜放工作面頂板水防治工作綜合采用了物探、鉆探、化探相結合的探放水技術手段，在物探階段布置了測點350個，探查出富水異常區4個，異常區面積81 922 m2；鉆探階段布置鉆場64個，完成鉆進工程量18 008 m，疏放頂板裂隙水41 840 m3；水質化驗5次，排除老空水隱患。系統科學地開展了該工作面水害防治工作，避免了工作面頂板水害事故[2]。