王樓煤礦13301工作面出水分析與研究

王樂義 白建魯

（山東能源臨礦集團王樓煤礦，山東 濟寧 272063）

1 礦井概況

山東能源臨礦集團王樓煤礦（以下簡稱王樓煤礦）2007年7月投產，核定生產能力1.2Mt/a，開采山西組3上煤層，走向長壁綜合機械化采煤，全部垮落法管理頂板。礦井水文地質類型屬復雜型。

王樓煤礦三采區13301工作面2013年發生突水事故，工作面回采過程中老空區水量逐漸增大，當推采至690m時，采空區水量增大至最大900m3/h，經過長期的疏放、治理，工作面涌水量減少到490m3/h。2015年實施了地面注漿堵水工程，工作面涌水量降至310m3/h，全礦涌水量降低了390m3/h，繼續治理難度很大。結合以往的工作成果及本次工作的新發現，本文提出劉官屯斷層對13301工作面充水的調節模式能夠為工作面治水提供有效的思路。

2 礦井地層及含水層概況

井田內地層自上而下依次為：第四系、上侏羅統蒙阻組、二疊系上石盒子組、二疊系下石盒子組及山西組、石炭系上統太原組、石灰系中統本溪組、奧陶系中、下統。

含水層自上而下有：第四系松散層含水層、上侏羅統砂礫巖含水層、煤層頂（底）板砂巖裂隙含水層、灰巖含水層。隔水層有：第四系中組及下組下段隔水層、上石盒子組隔水層、下石盒子組隔水層。

3 13301工作面出水過程及充水特點

3.1 13301工作面出水過程

13301工作面是三采區首采工作面，走向長1160m，傾斜寬160m，煤層埋深-960m～-900m，煤層平均厚度2.15m。工作面南部為3上煤層露頭保護煤柱。

13301工作面出水過程：（1）掘進過程中兩條順槽都出現頂板錨索淋水和底板滲水現象，直至回采時總水量約60m3/h，其他工作面掘進過程中極少見。（2）回采440～560 m過程中，水量從60m3/h逐漸上漲到190m3/h。（3）回采560～640 m過程中，水量急速增加，從190m3/h上漲到770m3/h，水平推進。（4）回采640～690 m過程中，水量增漲速度仍然較快，由770m3/h上漲到900m3/h。此后工作面長期停產。

3.2 13301工作面出水前后的探查治理工作及結論

13301工作面出水前后，做了大量針對13301工作面出水水源及出水通道的探查治理工作，包括確定工作面切眼距離侏羅系底界距離，探測頂底板砂巖含水性，進行綜合電法勘探，補充施工水文觀測孔，探查頂板“天窗”，進行地震資料解釋，進行水質化驗，地面施工3C-4探查注漿孔、1#探查注漿孔、2#探查注漿孔、3C-5啟封注漿孔等工作。至2014年，工作面涌水量減少到490m3/h。

通過探查治理主要得出以下結論：13301工作面充水水源主要是3上煤層頂底板砂巖裂隙水、侏羅系砂礫巖水，奧灰水和其他灰巖含水層水基本未參與13301工作面突水；13301工作面充水通道可能有：F21、F22、F23斷層組活化導水，13301上方垂向密集裂隙帶導水，3C-4鉆孔局部封閉不良導水，排除了頂板石盒子組局部變薄或存在“天窗”導水的可能性，排除了煤層露頭方向隔水層變薄導水的可能性。考慮到13301工作面出水水源和導水通道的復雜性，13301軌道順槽掘進期間揭露F21、F22、F23一組斷層，工作面推過斷層組后，導水裂隙帶與斷層帶導通。活化為導水斷層，成為導水斷層組。江蘇物測隊提交的二、三采區三維地震勘探報告中，發現13301工作面上方發育有一個異常區，為垂直密集裂隙帶，該異常區內裂隙向上很高，局部達到第四系底界。

3.3 13301地面注漿堵水工程

為了進一步降低礦井涌水量，減少礦井排水費用，結合前期所做工作，又考慮到在侏羅系下部石盒子組砂巖含水層內施工一主水平定向鉆孔及多個水平分支鉆孔，定向鉆進，精準注漿，形成水平隔水層。該技術優勢突出，施工場地占地面積小，水平段鉆孔延展距離長，比較直孔能夠更多地穿過垂直導水裂隙，一次可以探查多個通道并注漿，漿液擴散范圍大，可大幅提高主孔的復用率及探查的全面性，堵水效果更加突出。因此采用水平定向鉆進技術和注漿工藝來對13301工作面進行注漿堵水工作。從2015年11月開始實施地面注漿堵水工程（圖1）對13301老空水進行進一步治理，本次治理的方案是就以上可能存在的導水通道施工水平定向鉆孔及分支鉆孔進行探查注漿，在13301工作面上方形成一個有效的隔水層。該工程于2015年11月25日開工，2017年5月1日結束，歷時523d，共施工主孔1個，水平分支孔4個，鉆探總進尺2897.57m，共注水泥9821.47t，注黃泥混合漿等其他注漿材料438.26m3。注漿工程實施后實測13301工作面涌水量減少183m3/h。

圖1 13301地面注漿堵水工程平面

4 劉官屯斷層對采空區補水的調節作用

2008年王樓煤礦11305工作面發生突水事故，工作面推進至80m處時，老空水量短時間內迅速增大至450m3/h。礦井排水能力不足，導致淹井。當時的防治水副總呂玉廣針對11305工作面突水的情況發表了“兩水源三通道”的礦井突水模式，重點指出劉官屯斷層在11305工作面突水過程中所起到的作用。

通過對13301工作面長期的探查治理，實踐表明劉官屯斷層對13301工作面的突水也起到很大的控制作用。

4.1 示蹤試驗結果

（1）2012年9月KI示蹤試驗：3 C-31孔投入KI試劑，一采區（11305工作面）出水中接收到碘離子，證明11305工作面水與上部侏羅水有連通，但不能確定侏羅水是從頂板冒落裂隙帶直接進入11305工作面還是通過劉官屯斷層繞流導入。

（2）2013年5月KI示蹤試驗：13301工作面出水后，從距離該工作面較近的3 C-5侏羅系水文孔投入KI試劑100kg，持續取樣觀測35d，從一采區出水中發現碘離子濃度異常，13301工作面出水中始終沒有發現碘離子濃度異常。再次說明侏羅水與一采區水（11305工作面）有聯系，不能證明與13301工作面之間有水力聯系。

（3）2013年8月29日品紅示蹤試驗：3C-4啟封孔打到深度850m時（距離3煤頂板約98m）投入鹽基品紅100kg，4d后從一采區出水中發現水色異常，13301工作面出水中未發現。證明13301工作面上方侏羅水向一采區方向徑流。

（4）2013年10月17日，3C-4啟封孔再次掃孔到深度870m時（進入石盒子組泥巖），再次投入鹽基品紅100kg，井下任何地點均未發現異常。

（5）2013年11月1日，1#探查孔深度847.5m時（石盒子組泥巖）投入鹽基品紅100kg，井下任何地點均未發現異常。

（6）13301地面注漿堵水工程，在主孔1104m漏漿段先后投入鹽基品紅100kg和碘化鉀100kg，同時在井下觀察監測水質變化，均無異樣，取水樣進行化驗，也未檢測到碘離子。

綜合上述歷次示蹤試驗，前三次均能證明侏羅系含水層與一采區老空水（11305工作面）之間存在水力聯系，13301工作面上方侏羅水向一采區方向徑流。未能證明13301工作面上方侏羅系含水層與13301采空區之間有直接的水力聯系。

4.2 水量變化分析

通過實施13301地面注漿堵水工程，在13301工作面上方基本形成了一個有效的隔水層，可以有效阻隔侏羅系含水層水直接通過13301工作面上方的冒落裂隙帶進入13301采空區。治理后，13301工作面仍然有310m3/h的動水，這表明13301工作面發育的F21、F22、F23斷層組、13301上方垂向密集裂隙帶及3C-4鉆孔均非13301工作面上方侏羅系含水層水進入13301采空區的主要導水通道，13301老空水的主要通道仍然是工作面回采后產生的煤層頂板冒落裂隙帶和底板破壞帶，侏羅系含水層水是通過其他通道對13301工作面頂底板砂巖裂隙水進行補給。

4.3 斷層對頂底板砂巖水補給的連通作用

13301工作面上方侏羅系含水層水通過劉官屯斷層局部管涌通道進入11305采空區，進入采空區內的水聯同11305工作面頂底板一定范圍內的砂巖含水層水通過劉官屯斷層上盤3上煤層頂底板砂巖含水層進行補給。由于13301工作面所處的標高最低，3上煤層頂底板砂巖含水層水不斷從13301老空區流出。三采區剛剛回采的13304工作面位于13301工作面與劉官屯斷層之間，回采幾十米，老空區水量即明顯增加，進一步回采過程中其老空區水量應該會進一步增加，將流向13301工作面的水“奪”一部分過來。在劉官屯斷層的作用下，13301工作面上方的侏羅系含水層水通過“迂回”的方式進入13301采空區，13301工作面老空水中侏羅系含水層水占很大部分，而多次示蹤試驗及其他探查注漿工程均未得出13301工作面上方侏羅系含水層水與采空區直接相連通的事實。如圖2所示。

圖2 斷層對13301工作面頂底板砂巖水補給的連通作用

5 結論及建議

本文提出了王樓煤礦13301工作面上方侏羅系含水層通過劉官屯斷層間接“迂回”補給13301工作面煤層頂底板砂巖含水層的充水模式。該充水模式為下一步對13301工作面老空水治理及三采區深部工作面開采提供了理論依據。