新汶礦區(qū)15煤工作面承壓水上開采技術(shù)研究

付應(yīng)凱 王 波 孫建西

（新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 新泰 271233）

隨著開采歷史的延長，新汶礦區(qū)前組煤資源日漸枯竭，礦井開采工作面埋藏越來越深，地壓越來越大，后組煤底板含水層水壓越來越高。為解決開采煤層底板承壓水害問題，保證礦井安全生產(chǎn)，水害防治工作的研究變得十分必要和重要。本文以15煤層31515W工作面開采為例，對底板承壓水害治理工作進(jìn)行研究。

1 礦區(qū)地層概況

新汶煤田屬魯西地層分區(qū)，其地層由新到老發(fā)育有新生界第四系、古近系；中生界侏羅系下統(tǒng)；上古生界二疊系中、下統(tǒng)及石炭系上統(tǒng)；下古生界的奧陶系上、中、下統(tǒng)。煤系地層總厚一般在260m左右，主要的巖性為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、中細(xì)砂巖，中間夾有4～7層石灰?guī)r和泥灰?guī)r，沉積特征與華北各地極為相似，故為華北型海陸交互相石炭二疊紀(jì)煤田。本區(qū)域含煤層共17層，可采煤層為6層，分別為山西組的2、4、6煤層（前組煤）和太原組的11、13、15煤層（后組煤）。

2 工作面水文地質(zhì)情況

根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資料，影響31515W工作面十五層煤開采的主要含水層是煤層底板以下的石炭系本溪組徐灰、草灰灰?guī)r含水層和奧陶系灰?guī)r含水層。

（1）徐灰。徐灰為井田內(nèi)主要含水層之一，區(qū)內(nèi)平均厚度12.56m，該含水層上距十五層煤底板19.4m，下距草灰頂13.6m，距奧灰頂32.31m，為開采十五層煤底板間接充水含水層。

（2）草灰。區(qū)內(nèi)草灰厚3.81m，底板下距奧灰頂板14.9m。

（3）奧灰。奧灰厚達(dá)800余米，為煤系基底，是開采下組煤的間接充水含水層。上部為厚層狀質(zhì)純石灰?guī)r，夾薄層泥巖，頂部具古風(fēng)化殼，局部巖溶裂隙發(fā)育。奧灰頂界面上距草灰14.9m，距徐灰32.31m，距十五層煤底板64.27m。

3 防治措施

運(yùn)用物探先行、鉆探驗(yàn)證、合理布局、疏排可靠的治理措施，開展防治水工作，確保工作面安全開采，不出現(xiàn)突水事故。

3.1 物探探查

3.1.1 瞬變電磁法原理

瞬變電磁法工作原理，是利用不接地回線向采掘空間周圍的煤巖體發(fā)射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。然后，通過測量斷電后各個時間段的二次場隨時間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。該方法克服井下施工空間的局限性，具有明顯的優(yōu)勢。

3.1.2 瞬變電磁法實(shí)施方案布置

根據(jù)瞬變電磁法工作原理，結(jié)合31515W工作面的現(xiàn)場情況，設(shè)計(jì)瞬變電磁法方案，對工作面巷道布置3條探測線：

（1）1#：31515W工作面運(yùn)輸巷底板巖層含水性瞬變電磁法豎直方向探測視電阻率；

（2）2#：31515W工作面回風(fēng)巷底板巖層含水性瞬變電磁法豎直方向探測視電阻率；

（3）3#：31515W工作面運(yùn)輸巷底板巖層含水性瞬變電磁法面內(nèi)底板45°方向探測視電阻率。

3.1.3 瞬變電磁數(shù)據(jù)分析

通過現(xiàn)場探測，采集瞬變電磁數(shù)據(jù)，對資料進(jìn)行處理分析，分析3條探測線探測視電阻率斷面圖，根據(jù)低阻異常帶的分布位置、之間連通性比較、異常區(qū)深度變化，推斷出富含水區(qū)。

分析1#探測成果異常區(qū)有6個。巷道160～230m范圍為15煤底板徐奧灰?guī)r層位置異常幅度中等，推斷含水性中等區(qū)；巷道520～630m、1340～1370m范圍為15煤底板徐灰?guī)r層位置異常幅度相對較強(qiáng)，推斷為含水性相對較強(qiáng)區(qū)，其下部奧灰?guī)r層位置異常幅度較小，推斷含水性較弱區(qū)，徐奧灰層位中間位置也有異常區(qū)域，推斷有可能存在通道；巷道 850～880m、1060～1120m、1210～1240m范圍15煤底板徐灰?guī)r層位置異常幅度相對中等，推斷為含水性相對中等區(qū)，其下部奧灰?guī)r層位置異常幅度較小，推斷含水性較弱區(qū)。

分析2#探測成果異常區(qū)有3個。巷道650～760m范圍為15煤底板徐灰、奧灰?guī)r層位置異常幅度相對較強(qiáng)，推斷為含水性相對較強(qiáng)區(qū)，且中間位置也有異常區(qū)域，推斷有可能存在通道；巷道950～1030m范圍為15煤底板徐灰?guī)r層位置異常幅度較弱，推斷含水性較弱區(qū)；巷道1100～1160m范圍為15煤底板徐奧灰?guī)r層位置異常幅度較強(qiáng)，推斷含水性較強(qiáng)區(qū)。

分析3#探測成果異常區(qū)有2個。巷道500～600m、1330～1390m范圍為15煤底板徐灰?guī)r層位置異常幅度相對較強(qiáng)，推斷為含水性相對較強(qiáng)區(qū)，其下部奧灰?guī)r層位置異常幅度較小，推斷含水性較弱區(qū)，徐奧灰層位中間位置也有異常區(qū)域，推斷有可能存在通道。

3.2 水文地質(zhì)鉆探

根據(jù)物探資料解釋結(jié)果，在31515W運(yùn)輸巷550m、1350m徐灰含水性相對較強(qiáng)區(qū)位置施工1#、2#徐灰水文觀測鉆孔，31515W回風(fēng)巷700m奧灰水文觀測鉆孔、1150m徐灰含水性相對較強(qiáng)區(qū)位置施工徐灰水文觀測鉆孔進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，終孔情況：

（1）31515W運(yùn)輸巷1#徐灰水文觀測孔，徐灰水量4.0m3/h，水壓3.1MPa。

（2）31515W運(yùn)輸巷2#徐灰水文觀測孔，徐灰水量1.3m3/h，水壓4.1MPa。

（3）31515W回風(fēng)巷徐灰水文觀測孔，徐灰水量 11.0m3/h，水壓 3.2MPa。

（4）31515W回風(fēng)巷奧灰水文觀測孔，徐灰水量8.0m3/h，水壓2.1MPa；草灰無水；奧灰終孔水量 1.3m3/h，水壓 1.4MPa。

3.3 工作面現(xiàn)場管理

（1）工作面開采過程中要加強(qiáng)現(xiàn)場浮煤管理，嚴(yán)禁丟底煤。防止工作面出水后將浮煤沖至工作面下出口，堵塞巷道，形成封閉巷道。

（2）工作面開采過程中，盡量加快推進(jìn)速度，以減少底板破壞深度。當(dāng)工作面推進(jìn)長度為工作面斜長的整數(shù)倍左右時，對工作面底板破壞深度加大，因此，加強(qiáng)對工作面水情的觀測，防止底板突水。

3.4 排水系統(tǒng)

（1）確定排水路線：31515W工作面→31515W工作面運(yùn)輸巷→-550水平4-3采區(qū)水倉→-550水平水倉。

（2）31515W面回風(fēng)巷存在三處巷道低洼，低洼地段需要安裝22kW排水泵及配套二寸排水管路一趟，并安設(shè)備用泵。

（3）31515W面運(yùn)輸巷存在三處巷道低洼，至切眼段內(nèi)250m范圍內(nèi)為仰采，在切眼下頭安設(shè)排水量不小于70m3/h的潛水泵及安設(shè)一趟4寸排水管路，潛水泵隨著工作面外推。另外2處巷道低洼處，安設(shè)BQ30-100/22kW排水泵，與4寸排水管路連接（排水能力不小于50m3/h），并安設(shè)備用泵。

（4）采區(qū)水倉水位持續(xù)保持在最低水位線，防止工作面突水時排水不及時。

4 工作面開采水害威脅程度評價(jià)

通過對該工作面進(jìn)行物探探查、鉆探驗(yàn)證，并收集該工作面周邊附近原施工的13個水文鉆孔揭露情況的資料進(jìn)行分析：

（1）工作面及周邊施工了17個鉆孔，從水量上分析3孔揭露徐灰無水，10孔揭露徐灰水量1m3/h以下且3孔經(jīng)疏放后徐灰無水，只有4孔揭露徐灰超過10m3/h。有水的14個鉆孔從水壓上分析3孔為3MPa以下，11孔為3MPa以上，最高到達(dá)8.0MPa，大部分鉆孔通過疏水后水壓迅速降低。通過以上鉆孔可知，雖然該區(qū)域及周邊范圍內(nèi)實(shí)際揭露的水文觀測鉆孔的水壓較高，但水量均較小，且疏水降壓后水壓迅速降低，鉆孔揭露徐灰水位不一，徐灰水位與埋深無關(guān)聯(lián)，且徐灰水易于疏干，說明徐灰只是局部地點(diǎn)存有裂隙水，補(bǔ)給水源差，雖然徐灰有出水的可能，但水量較小，不會對生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

（2）根據(jù)31515W工作面及周邊奧灰鉆孔的實(shí)際揭露，奧灰水壓雖然較高，但該區(qū)域及工作面范圍內(nèi)奧灰富水性較弱，雖然有出水的可能，但水量較小，不會對生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

5 工作面防治水效果分析

（1）根據(jù)突水系數(shù)法分析，結(jié)合工作面水文鉆孔徐灰實(shí)際揭露情況，31515W工作面開采過程中，徐灰存在突水的可能性，因此要加強(qiáng)監(jiān)測。

（2）31515W工作面奧灰根據(jù)計(jì)算存在突水的可能性，但根據(jù)工作面周邊奧灰孔揭露情況，該范圍內(nèi)奧灰水壓較高，但富水性差，不會對生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

（3）在正常情況下，31515W工作面正常涌水量為 11.95m3/h，最大涌水量 19.92m3/h。

（4）目前工作面運(yùn)輸巷局部不能自然疏水，安設(shè)排水量70 m3/h潛水泵后，具備底板突水時的抗災(zāi)能力。

（5）工作面開采過程中，應(yīng)加快推進(jìn)進(jìn)度，加強(qiáng)工作面的監(jiān)測。