煤礦導水構造探測與防治技術研究

趙磊磊

（山西凌志達煤業有限公司，山西 山西 046600）

水害作為煤礦五大自然災害之一，時刻都在影響著礦井正常生產和礦井現場作業人員的人身安全。因此，做好礦井防治水工作一直以來都是礦井安全生產管理的重要工作［1］。特別是掘進工作面，導水構造極易產生大量涌水，嚴重威脅著井下作業安全，必須采用各類探測手段對掘進工作面的導水構造進行分析判斷，并在此基礎上制定科學合理的排放水措施［2］。

1 掘進工作面基本情況

凌志達煤業礦井田東西、南北分別長為12 km、3.6 km，面積43.03 km2，核定生產能力3.60 Mt/a，屬高瓦斯礦井。主采煤層為2#、3#、8#、9#煤層。

48407 綜采工作面位于該礦南四采區，東部與南四軌道巷相鄰，南北分別與已回采的48409 工作面和48405 工作面相鄰，西部與南四尾巷相鄰。工作面開采8#煤層，其下部的9#煤層尚未開采，上部3#與8#煤層間距30.67～41.62 m，平均36.83 m。8#煤層煤厚2.09～3.50 m，平均2.86 m； 煤層傾角2°～11°，平均5°；工作面標高+1 054～+1 127 m。48407 工作面頂底板情況見表1。

表1 48407 工作面頂底板情況

48407 綜采工作面采用一進一回形式，布置皮帶巷和軌道巷。皮帶巷長度為1877 m，承擔工作面皮帶出煤、回風等任務；軌道巷長度為1 847 m，承擔工作面進設備材料、進風等任務；切眼長度為186 m，由西向東推進，主要用于48407 工作面采煤設備安裝。皮帶巷、軌道巷均為鐵棚支護，棚梁和棚腿的尺寸均為3.4 m，棚距均為0.8 m。

2 掘進工作面水文地質情況

2.1 含水層分析

48407 工作面地面位于冀家溝，由南向北穿過工作面中東部地表，溝底與8#煤層間距168 m，井田范圍內接近地表有3 m厚的巖性為礫石的孔隙水含水層，其單位涌水量0.002 2～0.047 2 L/s·m，滲透系數5.88 m/d，富水性較弱。

K3砂巖裂隙水含水層水位標高+1 142 m，厚度為4.5 m左右，厚度較大，位于3#與8#煤層之間。其單位涌水量0.004 1～1.215 L/s·m，滲透系數0.075 8 m/d，為8#煤層開采時的主要充水水源。

奧灰水含水層水位標高+986 m，厚度較大，位于8#煤層之下，其單位涌水量0.006 1～5.316 L/s·m，滲透系數0～10.851 m/d。

2.2 隔水層分析

井田范圍內有兩層主要隔水層，分別位于山西組底部和太原組中部。山西組底部隔水層位于8#煤層上部，與8#煤層平均距離10.75 m，平均厚度6.13 m，巖性為砂質泥巖、泥巖等，具有較好的穩定性和隔水性，是8#煤層的主要隔水層。太原組中部隔水層位于8#煤層下部，與8#煤層平均距離38.46 m，平均厚度15.12 m，巖性為砂質泥巖、泥巖等，可以減弱各含水層之間的水力聯系。

3 導水構造探測

煤礦斷層、無炭柱等地質構造在開掘作業和回采作業后，易受應力作用形成導水通道出現涌水事故。根據48407 工作面上覆3#煤層工作面回采情況來看，48407 工作面軌道巷掘進時所遇斷層、無炭柱等地質構造具有潛在的導水性。因此，本次研究采用物探、鉆孔等探測手段，對48407 工作面軌道巷掘進時所遇斷層、無炭柱等潛在的導水構造情況進行探測分析。

3.1 瞬變電磁探測

在48407 工作面軌道巷掘進前，采用地面瞬變電磁法進行導水構造探測，瞬變電磁探測結果見圖1。

圖1 瞬變電磁探測結果

對圖1 進行分析可以得出，48407 工作面軌道巷掘進前方的F12斷層和X1 無炭柱電阻率較小，地質構造富水性較強，推測其水源主要為山西組K3砂巖裂隙水含水層。

3.2 水文地質鉆孔探測

在48407 工作面軌道巷掘進期間，對前方的F12斷層和X1 無炭柱進行水文地質鉆孔探測，見圖2。對F12斷層分別施工3 個鉆孔（1 號鉆孔方位角73°，孔深51 m；2 號鉆孔方位角107°，孔深53 m；3 號鉆孔方位角143°，孔深52 m）；對X1 無炭柱分別施工3 個鉆孔（4 號鉆孔方位角105°，孔深110 m；5號鉆孔方位角122°，孔深115 m；6 號鉆孔方位角140°，孔深118 m）。

圖2 水文地質探測鉆孔布置

在各個水文地質鉆孔施工過程當中，1 號、2 號和3 號鉆孔不同程度地出現了涌水現象；4 號、5 號和6 號鉆孔幾乎無涌水。對鉆孔涌水取樣化驗，將其與各個含水層水樣水質進行對比，得出涌水水源為山西組K3砂巖裂隙水含水層。

3.3 導水構造分析

X1 無炭柱導水性能較差；F12斷層具有裂隙導水作用，使掘進工作面與山西組K3砂巖裂隙水含水層存在水力聯系。因此，在瞬變電磁探測時電阻率較小區域，水文地質鉆孔探測出現涌水。

4 防治水技術

根據導水構造探測結果，山西組K3砂巖含水層的裂隙水水量較小、補給較差，水量約0.2～0.4 L/s，且山西組底部具有較厚且較穩定的隔水層。

48407 工作面掘進軌道巷防治水，直線距F12斷層至30 m處停止掘進，迎頭布置3 個直徑為50 mm的排放水鉆孔，并將閥門安設于排放水鉆孔孔口處，控制排放水水量大小。在巷道內施工兩個臨時水倉，水倉內布置7.5 kW潛水泵，保證井下排水管管路暢通。為保證排水供電系統的穩定，將原排水供電系統改造為雙回路供電系統。

3 個排水孔排放水工作歷時10 天左右，整體上排放水比較平穩順利，累計排放水量達2.1×105m3，至最后3 個排放水鉆孔均無水排出。排水后，48407 工作面軌道巷向前掘進，依次揭露F12斷層和X1 無炭柱。F12斷層實際落差8.3 m，并伴生許多落差在1 m左右的較小斷層，X1 無炭柱的長軸7.5 m，短軸5.9 m。在掘進經過上述兩個地質構造時，均無淋水、涌水現象。

5 結語

在48407 工作面軌道巷掘進工作面的防治水工作中，針對導水構造等地質情況，采用物探、鉆孔等探測手段，對掘進工作面遇到的導水構造進行分析判斷，并在此基礎上制定科學合理的排放水措施。保證了掘進工作面的掘進效率和作業安全，為該礦其他掘進工作面的防治水工作提供了借鑒。