構造復雜區頂板砂巖水出水機理分析研究

梁克松 鄧新剛 宗曙光

摘要：本文結合滕縣南部煤田水文地質條件，介紹了山西組3煤頂板砂巖含水層賦水特點，并根據柴里煤礦建礦以來3煤頂板砂巖含水層出水情況，進一步分析總結了該區3煤頂板砂巖含水層出水機理，闡述了該含水層水對工作面安全開采的影響及主要防范措施。

Abstract： Based on the hydrogeological conditions of the coalfield in the southern part of Tengxian， this paper introduces the water-bearing characteristics of the aquifer in the 3rd coal seam roof sandstone of Shanxi Formation， and further analyzes and summarizes the water output of the 3 coal roof sandstone aquifer since the construction of the Chaili coal mine. The mechanism of water outflow from coal roof sandstone aquifer is described， and the influence of the aquifer water on the safe mining of working face and the main preventive measures are expounded.

關鍵詞：3煤頂板砂巖;含水層;出水機理

Key words： 3rd coal seam roof sandstone; aquifer; water output mechanism

中圖分類號：TD745? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0217-03

0? 引言

柴里煤礦3上701工作面井下位于七采區北部，東部、北部、西部分別為高廟斷層、程樓斷層、徐莊斷層，三面被斷層圍繞，南為3702工作面采空區，3煤已開采完畢。整體呈一背斜構造形態，軸向201°，西翼傾向SW、傾角3～9°，東翼傾向SE、傾角2～7°，局部起伏明顯。受三條大斷層影響，工作面掘進過程中揭露及周邊發育共16條斷層（工作面頂底板情況見表1），工作面煤層與高廟斷層對盤3煤頂板砂巖含水層對接，對工作面安全產生一定影響。

1? 工作面水文地質情況

1.1 水文地質概況及含水層情況

工作面開采期間的直接充水水源為3煤頂板砂巖水，經南部3702工作面的開采，3煤頂板砂巖水得到一定疏放，3煤頂板砂巖含水層賦水性相對減弱，由于頂板砂巖含水層富水不均一性，預計工作面開采期間在斷裂構造附近和局部低洼區域，將會出現滴淋滲水或老塘涌水現象，對工作面開采期間的安全產生一定的影響。各含水層具體情況分析如下：

①第四系。厚56.65～70.76m，分上下兩組，簡稱Q上、Q下，由于它與粘性土相間沉積，對礦井充水較弱，采動后受疏降，底部礫石層易疏干，3煤頂板距第四系底界面124.64～157.0m，平均141.08m，對工作面開采無影響。

②3煤頂板砂巖。厚80.9～86.8m，平均82.3m。有數層灰白色中、粗、細、粉砂巖組成。泥、鈣質膠結。該層砂巖含孔隙、裂隙水，富水性不均一，構造與裂隙發育地段中、粗粒砂巖含水性較豐富。工作面開采期間直接充水水源為3煤頂板砂巖含水層，經周邊工作面開采疏放，富水性相對減弱，單位涌水量為0.059 L/s·m，預計對本面開采期間的安全存在一定的影響。

③第三層灰巖。厚6.0～7.1m，平均6.5m，單位涌水量為0.082 L/s·m，含水不均，區域差別較大，經礦井開采受到充分疏放，現已基本疏干，上距3煤底板38.6～59.2m，平均46.23m，對本面開采無影響。

④老空積水情況分析。經分析工作面過371探巷和372切眼通道兩個老巷，需做好對老巷積水的排放工作，超前將老巷內積水排凈，對本面開采無影響。

⑤斷層導水。該工作面北部為程樓斷層（∠70°，H=90～130m），斷層呈臺階狀，礦井五條開拓巷道揭露情況顯示，該斷層不導水;西為徐莊支斷層（∠75°，H=35m），位于停采線之外，對回采無影響;東部為高廟支斷層（∠75°，H=22m），本區煤層與對盤頂板砂巖含水層對接，受采動影響可能導通對盤頂板砂巖含水層。

⑥鉆孔情況分析。工作面開采期間預計將揭露i-40鉆孔，鉆孔終孔為三灰下頁巖，孔深275m，孔口～177.4m為泥漿封閉，177.4m～終孔為水泥砂漿封閉，3煤頂板上水泥砂漿封閉18m，為封閉良好鉆孔。

⑦其它水源分析。本工作面防滅火和煤體注水可能造成工作面局部出現滴淋滲水現象，水量較小，對回采的影響不明顯。

綜上所述，本工作面開采期間不受第四系、三灰含水層以及老空積水的影響，主要受本面上部及高廟斷層上盤3煤頂板砂巖含水層水的影響。

1.2 冒落裂隙帶發育情況分析

根據《煤礦防治水規定》經驗公式計算，工作面采后冒落帶最大高度為23.86m，導水裂隙帶最大發育高度為84.7m，本工作面3煤頂板砂巖平均厚度82.3m，工作面開采能夠波及范圍已超過3煤頂板砂巖，侏羅系沉缺。因此，本面開采期間僅受上部及高廟斷層上盤3煤頂板砂巖含水層水的影響。

2? 礦區3煤頂板砂巖含水層出水分析

礦井50余年的開采經驗證實，區內3煤頂板砂巖含水層富水性較弱，僅局部靠近斷層或埋藏較深區域富水，且為含水層滯水，補給差易疏干。根據礦井1995年以來工作面出水情況的統計，共有出水工作面21個，其中12個為3煤頂板砂巖出水（見表2：柴里煤礦1995～2014年8月井下3煤頂板砂巖突水點統計表），并且出水點均靠近落差較大的斷層，分析為斷層對盤含水層進行的橫向補給。

該面所在采區3702、3704、3705工作面開采期間均出現3煤頂板砂巖出水，且出水工作面均靠近高廟斷層分布，說明高廟斷層兩盤橫向補給條件較好，因此3上701工作面3煤頂板砂巖出水可能性較大。

3? 工作面防治水措施制定及落實

3.1 工作面瞬變電磁探測分析

工作面開采前委托中國礦業大學對該面進行了瞬變電磁探測，探測結論顯示， 3上701工作面及頂板，劃出了3處Ⅰ 級富水性異常（C1-1 YC4、C1-1 YC7、C1-2 YC8），6處Ⅱ級富水性異常;對于程樓斷層，劃出了2處Ⅰ 級富水性異常（C2-1 YC4、C2-2 YC1），5處Ⅱ級富水性異常;對于高廟支斷層，劃出了Ⅰ 級（C6 YC2）、Ⅱ級、Ⅲ級富水性異常各1處。（見圖1? 富水性異常區平面分布圖），同樣證明工作面3煤頂板砂巖含水層及高廟支斷層處存在富水性異常區，與此前分析結論吻合。

結合探測結論，采取解析法和比擬法兩種方法對工作面涌水量進行了計算對比，比擬法計算得出的數據較符合礦井水文地質條件和現場實際，預計工作面開采期間的正常涌水量18m3/h，最大涌水量70m3/h。

3.2 工作面防排水方案

工作面采用兩巷安設排水系統，軌道巷施工泄水孔，以及后部老塘通過3702切眼通道與3702采空區聯通泄水的防治水方案，能夠保證工作面的安全回采。

4? 結論

根據井田水文地質條件，結合礦井以往3煤頂板砂巖含水層出水特點，綜合分析了礦區3煤頂板砂巖含水層出水機理，并采用瞬變電磁探測對分析結果進一步補充，并制定落實了針對性防治水方案措施。開采證實，在工作面推采95m時，工作面頂板出現淋水，伴隨老塘少量涌水，隨后老塘水通過3702工作面采空區泄入3704臨時排水點，水量峰值12m3/h，后持續穩定在10m3/h。與分析結論及預測的涌水量結果一致，有效的指導了3上701工作面的安全生產。證明了該結論適用于本礦區類似水文地質條件下工作面3煤頂板砂巖含水層防治工作。

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