同忻井田石炭系煤層底板巖溶水探查與防治

李玉兵

（晉能控股煤業集團同忻煤礦山西有限公司，山西 大同 037000）

同忻井田位于大同煤田北東部，大同向斜東翼，屬十里河水系，桑干河支系，井田邊界東以口泉斷裂、青磁窯斷裂為界，南、西、北為人為邊界，井田面積為85.124 7 km2，開采石炭系3#—5#、8#層。

井田內及周邊共有地面水文孔44個，其中大部分水文孔施工于上世紀70年代，鉆孔抽水質量差，抽水不合格，僅涌水量資料可作參考。2011年井田施工了3個地面水文孔，探測井田巖溶水水位標高為859.2~1 045 m。

為詳細查明井田內石炭系煤層底板巖溶水富水性及有效隔水層厚度、巖性特征等，決定在同忻礦井下施工水文孔，以查明井田內巖溶水帶壓分布特征，并提出防治技術、方法。

1 石炭系煤層底板巖溶水探查

1.1 鉆孔施工

施工5個井下巖溶水水文觀測孔，其中一盤區2個孔，一盤區西翼1個孔，二盤區1個孔，三盤區1個孔。鉆孔開孔孔徑為Ф190mm，施工至8#層底板2m處，下入一支Ф168 mm的套管；二開孔徑Ф152 mm，鉆入奧陶系一支，Ф127mm的套管；三開孔徑Ф113mm，鉆入寒武-奧陶系200m終孔，套管外壁采用水泥注漿。

1.2 鉆孔抽水試驗情況

鉆孔施工完后通過對其中4個孔（鉆孔編號為TJ1、TJ3、TJ5、TJ6）進行抽放水試驗發現，井田奧陶-寒武系灰巖單位涌水量為0.003 6~0.161 1 L/（s·m），滲透系數為0.001 2~0.060 0 m/d，富水性弱，水位標高為790~900 m，水頭壓力為1.08~1.91 MPa，3#—5#層突水系數為0.010~0.021 MPa/m，8#層突水系數為0.014~0.029 MPa/m，具體數據如表1所示。

表1 井下水文長觀孔成果表

1.3 巖溶水隔水層巖性情況

通過對鉆孔內巖性記錄發現，3#-5#煤層底板隔水層巖性以砂巖、砂礫巖、高嶺巖及8#煤為主，具體巖性如下：

1）C2b隔水層：C2b隔水層平均厚度為23.81 m，主要以粉砂巖、細砂巖為主，中夾1~2層為薄層石灰巖（K1），底部發育山西式鐵礦或鋁土質泥巖是寒武-奧陶系灰巖與上部地層之間良好的隔水層。

2）C3t 3#—5#與8#之間隔水層：3#—5#與8#煤層之間，巖性為中、細、粉砂巖、礫巖、高嶺巖和6#、7#煤層，厚25.89 m，泥巖類為隔水層，砂巖具有半隔水作用。

3）8#與C2b之間隔水層：8#煤層至本溪組之間，巖性為粗、中、細粉砂巖、砂質泥巖、高嶺巖，厚度為34.07 m，泥質巖類為隔水層，砂巖有半隔水作用。

1.4 井田巖溶水分布規律

井田內西南部巖溶水水頭壓力較高，達2.2 MPa，井田中、東部區巖溶水壓力為1.4~1.8 MPa，井田南部（TJ3孔處）巖溶水水頭壓力為2.0 MPa。井田西部3#-5#煤層隔水層厚75~100m，中部隔水層厚50~90m，厚度變化較大，東部隔水層厚70~100 m，巖溶水徑流方向自西向東，東部口泉河為巖溶水排泄口。

2 石炭系煤層底板巖溶水分區及防治技術

2.1 底板巖溶水分區

根據井田內地質構造情況，結合巖溶水帶壓分布特征，將井田巖溶水劃分4個區（如圖1）：

圖1 井田奧陶-寒武系巖溶水分區圖

1）Ⅰ區：以NNE向巖漿巖墻為西邊界（巖漿巖對巖溶水有隔水作用），東、南、北至礦界，該區域內陷落柱發育，共有陷落柱11個，并發育斷層構造。水位標高790~812 m，煤層底水頭壓力為1.4~2.0 MPa，3#—5#層突水系數為0.011 MPa/m，8#層突水系數為0.015 MPa/m。

2）Ⅱ區：分為Ⅱ1和Ⅱ2區，東以NNE向巖漿巖墻為界，西至韓家窯背斜軸，南、北部至礦界，該區內地質構造簡單，揭露斷層3條，考慮到中部EW向巖漿巖墻的隔水作用，Ⅱ區進一步劃分為Ⅱ1和Ⅱ2區。水位標高802~870 m，煤層底水頭壓力為1.4~2.0 MPa，3#—5#層突水系數為0.011~0.021 MPa/m，8#層突水系數為0.015~0.029 MPa/m。

3）Ⅲ區：東以韓家窯背斜軸為界，西以NNW向巖漿巖墻隔開，南、北部至礦界，該區域內斷層構造發育，發育NE、NW向兩組斷層。水位標高835~883 m，煤層底水頭壓力為1.4~1.8 MPa，3#—5#層突水系數為0.010~0.012MPa/m，8#層突水系數為0.014~0.025MPa/m。

4）Ⅳ區：東部以巖漿巖墻為界，西至礦界，該區域內地質構造簡單。水位標高867~890 m，煤層底水頭壓力為1.8~2.2MPa，3#—5#層的突水系數為0.010~0.012 MPa/m，8#層突水系數為0.014~0.025 MPa/m。

2.2 防治技術

1）Ⅰ區內陷落柱、斷層發育，要重點探測地質構造的導水性，特別是一些切割深度大的張性、張扭性斷層和層位低的隱伏陷落柱；對導水性強的斷層、陷落柱按規定留設防隔水煤柱，防隔水煤柱的留設要綜合分析地質構造、水文地質條件、煤巖層賦存條件、煤巖層組合結構、圍巖物理力學性質等內容。

2）Ⅱ區內地質構造簡單，但中部隔水層厚度較薄，開采石炭系下部8#煤層時，應采取預注漿來加固底板隔水層；其次兩組巖漿巖墻交匯處，巖溶水受兩組巖墻阻隔，徑流交替緩慢，須進一步補充勘查，查明該區域水位、水頭壓力、帶壓分布特征。

3）Ⅲ區內斷層構造發育，應加強斷層導水性探測，南部揭露一個陷落柱，加強陷落柱探測。NE、NW向兩組斷層交匯處，煤巖體破碎、裂隙發育，隔水層有效厚度會降低，是防治巖溶水突水重點，因此在采掘過該區域時，必須提前探測好隔水層裂隙發育的情況。

4）Ⅳ區內水頭壓力大，可以采取疏水降壓，降低水位標高或注漿加固底板隔水層等方式，同時采取物探、鉆探查明隱伏地質構造導水性。

5）采掘工作面推進至距地質孔、水文孔10 m處時，檢查工作面兩巷排水系統，大功率應急電泵熱備用以及排水管路暢通情況，確保鉆孔出水后，能及時排出；采掘工作面過地質孔、水文孔期間，要加強觀察頂、底板及煤壁出水，且發現出水異常情況，要立即斷電、撤人。

3 結語

同忻礦開采石炭系3#—5#、8#煤層，屬帶壓開采，通過施工井下水文長觀孔，并在進一步查明井田內巖溶水分布規律的基礎上，首次采取分區研究的方法，根據地質構造發育程度、巖溶水水頭壓力、突水系數等，將井田巖溶水劃分4個區，針對不同分區，進行分析研究，提出專項防治技術，保證了井下采掘施工安全，取得了顯著應用成效。