吳新慶，喬建偉，姜亦亭，趙奎帥

(1.淄博礦業(yè)集團(tuán)許廠煤礦，山東濟(jì)寧 272100;2.華北科技學(xué)院水害防治研究所，北京東燕郊 101601; 3.陽(yáng)煤集團(tuán)新景煤礦，山西陽(yáng)泉 045000)

0 引言

淄博礦業(yè)集團(tuán)濟(jì)北礦區(qū)許廠煤礦投產(chǎn)至今一直主采上組3下煤層，隨著開(kāi)采規(guī)模的不斷加大，上組煤資源量急劇減少，且在所剩資源量中“三下”壓煤占有較大比例，開(kāi)采條件比較復(fù)雜，由此導(dǎo)致后續(xù)開(kāi)采不但成本較高，而且技術(shù)難度增大。因此，從礦井可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)角度，下組煤開(kāi)采勢(shì)在必行，實(shí)行上下組煤合理配采迫切且必要。

十下灰含水層全區(qū)穩(wěn)定，直接壓16上煤層，間接壓17煤層，處于17煤開(kāi)采的垮落帶內(nèi)，是下組煤直接充水含水層。本層為巖溶裂隙承壓含水層，厚2.84～9.30m，平均5.35m。巖溶裂隙比較發(fā)育，既有高角度裂隙也有低角度裂隙，局部具小溶洞，直徑可達(dá)20 mm，。十下灰含水層露頭部位垂向補(bǔ)給不良，但孫氏店斷層及支1、支2斷層上盤的十下灰大部分與下盤的奧灰對(duì)接，受奧灰水的側(cè)向補(bǔ)給。石炭系太原組第十三層灰?guī)r(簡(jiǎn)稱為十三灰，全文同)和奧陶系灰?guī)r(簡(jiǎn)稱為奧灰，全文同)是區(qū)域性含水層，也是區(qū)內(nèi)下組煤開(kāi)采的底板主要充水含水層，對(duì)下組煤安全開(kāi)采具有重要影響。根據(jù)已有的勘查資料及掘進(jìn)揭露情況，與兗州礦區(qū)楊村、南屯、田莊等下組煤開(kāi)采礦井相比，許廠煤礦下組煤底板水文地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，十三灰和奧灰水害威脅，十三灰和奧灰富水性較強(qiáng)，水壓較高，下組煤底板處于高承壓狀態(tài)。而且下組煤與十三灰和奧灰的間距較小，16上煤層與二者的間隔厚度分別在22～35.9 m和23.59～69.6 m。據(jù)首采區(qū)及周圍區(qū)段鉆孔柱狀資料測(cè)算，奧灰、十三灰對(duì)于16上煤底板的突水系數(shù)普遍超過(guò)0.1 MPa/m，突水危險(xiǎn)性較大。如考慮底板采動(dòng)擾動(dòng)及構(gòu)造變動(dòng)等不利因素，下組煤回采過(guò)程的底板阻水能力將會(huì)大大降低，不排除斷層帶或局部底板阻水薄弱部位(裂隙發(fā)育帶、陷落柱等)成為垂向?qū)B的通道，甚至直接溝通奧灰水而發(fā)生突水災(zāi)害。

1160采區(qū)是許廠煤礦下組煤規(guī)劃開(kāi)采的首采區(qū)，11603工作面是該采區(qū)的首采面，許廠煤礦下組煤開(kāi)采伊始，區(qū)內(nèi)缺少相關(guān)資料積累，為了實(shí)現(xiàn)帶壓開(kāi)采的安全生產(chǎn)，許廠煤礦充分利用已有的首采區(qū)勘探和開(kāi)拓成果，結(jié)合首采面掘進(jìn)和超前物探、鉆探揭露的頂?shù)装搴畬铀牡刭|(zhì)資料，對(duì)11603首采工作面十三灰含水層進(jìn)行疏降試驗(yàn)。

1 11603工作面十三灰含水層疏降試驗(yàn)

1.1 疏降試驗(yàn)的目的

一是通過(guò)疏降試驗(yàn)對(duì)11603工作面區(qū)域的水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，主要分析十三灰疏降條件下與奧灰含水層的水力聯(lián)系程度;二是通過(guò)疏降試驗(yàn)查明十三灰突水系數(shù)是否能降至0.1MPa/m以下，能否達(dá)到安全回采條件;三是利用已施工疏放水工程為基礎(chǔ)，調(diào)整疏降工程規(guī)?；蛟鲅a(bǔ)其它防治水措施從而實(shí)現(xiàn)帶壓開(kāi)采的安全生產(chǎn)。

1.2 疏降試驗(yàn)方法

根據(jù)疏降試驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)，本次疏降的層位就是16上煤底板十三灰含水層。由于其屬高承壓含水層，井下又具備足夠的排水能力和完備的測(cè)流、測(cè)壓裝置，所以本次試驗(yàn)按照非穩(wěn)定流方法，采用井下放水，井上、下同步觀測(cè)的方法。為充分研究該區(qū)域水文地質(zhì)條件，又采用分階段疏水，從而達(dá)到評(píng)價(jià)11603工作面水文地質(zhì)條件的目的，并為下一步開(kāi)采防治水方案確定提供依據(jù)。

1.3 疏降試驗(yàn)工程布設(shè)

本次利用井上、下已完成的十下灰、十三灰及奧灰孔共21個(gè)鉆孔所形成的水文地質(zhì)觀測(cè)網(wǎng)進(jìn)行疏降試驗(yàn)，鉆孔布置如圖1所示，其中奧灰觀測(cè)孔4個(gè)，十三灰孔15個(gè)，十下灰孔2個(gè)參加了本次試驗(yàn)。

2013年5月18日8∶00～2013年5月20日8∶00共48小時(shí)井上、下孔均先后進(jìn)行地下水原始動(dòng)態(tài)觀測(cè)，鉆孔詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)下表1:疏降實(shí)驗(yàn)放水孔孔口排水設(shè)備如圖2所示:

圖1 十三灰含水層疏放水鉆孔及觀測(cè)網(wǎng)孔分布圖

表1 疏放孔及觀測(cè)孔網(wǎng)參數(shù)表

圖2 放水孔流量測(cè)定裝置示意圖

1.3.1 正式放水

第一階段十三灰放水:從2013年5月20日17∶00開(kāi)始，首先打開(kāi)11601皮帶順槽一側(cè)的L13疏－1、

L13疏－2、L13疏－3、L13疏－4、L13監(jiān)－1 (舊)5個(gè)鉆孔進(jìn)行疏降試驗(yàn)，初步了解十三灰疏降可行性，放水量合計(jì)128.04m3/h，井上、下17個(gè)十下灰、十三灰和奧灰孔均參與了觀測(cè)，歷時(shí)64小時(shí)。鑒于11603工作面鉆孔大部分十三灰含水層突水系數(shù)未降至0.1 MPa/m，故進(jìn)入第二階段放水。

第二階段十三灰放水:從2013年5月23日9∶00開(kāi)始，在L13疏－1、L13疏－2、L13疏－3、L13疏－4、L13監(jiān)－1(舊)5個(gè)鉆孔放水的基礎(chǔ)上疊加 L13疏 －8進(jìn)行疏降放水，放水量合計(jì)134.01 m3/h，井上、下16個(gè)十下灰、十三灰和奧灰孔均參與了觀測(cè)，歷時(shí)31小時(shí)。鑒于11603工作面還有部分十三灰含水層鉆孔突水系數(shù)未降至0.1 MPa/m，故進(jìn)入第三階段放水。

第三階段十三灰放水:從2013年5月24日 16:20開(kāi)始，在L13疏－1、L13疏－2、L13疏－3、L13疏－4、L13監(jiān)－1(舊)、L13疏－8鉆孔放水的基礎(chǔ)上疊加11603皮帶順槽側(cè)的L13監(jiān)－3進(jìn)行疏降放水，放水量合計(jì)165.21 m3/h，井上、下15個(gè)十下灰、十三灰和奧灰孔均參與了觀測(cè)，歷時(shí)49小時(shí)。鑒于11603工作面十三灰含水層鉆孔突水系數(shù)降至0.1 MPa/m，5月26日5∶00流場(chǎng)穩(wěn)定進(jìn)入水位恢復(fù)階段。

第四階段為水位恢復(fù)階段:5月26日5∶00流場(chǎng)穩(wěn)定，關(guān)閉所有參數(shù)疏降試驗(yàn)的放水鉆孔進(jìn)入水位恢復(fù)階段，5月30日23∶00水位恢復(fù)穩(wěn)定，疏降試驗(yàn)結(jié)束。

11603工作面底板十三灰含水層經(jīng)過(guò)13天的疏降試驗(yàn)，取得水位(壓)、水量觀測(cè)數(shù)據(jù)9000余個(gè)，放水累計(jì)18534.2m3，常規(guī)分析水化學(xué)樣本11個(gè)，取得了真實(shí)而豐富的資料。

表2 疏降試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程簡(jiǎn)表

1.4 工作面十三灰疏降試驗(yàn)成果

從放水過(guò)程中各鉆孔水量分布來(lái)看，鉆孔水量較大的富水區(qū)主要集中于距切眼440 m范圍，約占總水量的71%。

水位降落分三個(gè)階段:

第一降落階段:疏降孔為L(zhǎng)13疏－1、L13疏－2、L13疏－3、L13疏－4和L13監(jiān)－1(舊)等5孔，基本集聚了富水區(qū)的11601皮帶順槽水量較大的鉆孔，合計(jì)疏放水量128.04 m3/h。

從放水試驗(yàn)資料來(lái)看，本階段11603工作面十三灰疏降效果較好，十三灰突水系數(shù)基本接近或小于0.1 MPa/m，但仍有4孔大于0.1 MPa/m。從技術(shù)角度還需要增大放水量繼續(xù)疏降。

第二降落階段:疊加11603軌道順槽L13疏－8放水，疏水量為 9.23 m3/h，累計(jì)水量134.01 m3/h，較第一階段增加5.97 m3/h。

從放水試驗(yàn)資料來(lái)看，在第一階段基礎(chǔ)上，本階段11603工作面十三灰疊加疏降效果不好，突水系數(shù)仍有3孔大于0.1 MPa/m，還需要增大放水量繼續(xù)疏降。

第三降落階段:繼續(xù)疊加11603皮帶順槽L13監(jiān) －3放水，疏水量57.5 m3/h，累計(jì)水量165.21 m3/h，較第二階段增加31.2 m3/h。

從放水試驗(yàn)資料來(lái)看，本階段11603工作面十三灰疊加疏降效果較好，除L13監(jiān)－6突水系數(shù)略高于0.1 MPa/m(該孔位于工作面停采線以外)，其余各孔均降至0.1 MPa/m之下。

從十三灰大降深疏降來(lái)看，11603工作面中部OX觀－3孔奧灰水位沒(méi)有明顯降深，基本判斷工作面內(nèi)部沒(méi)有奧灰與十三灰水力聯(lián)系密切的大的垂直導(dǎo)水通道，在十三灰疏降至安全水頭情況下，可保證工作面安全開(kāi)采。

2 結(jié)論

1)疏降實(shí)驗(yàn)證明下組煤－400 m水平所處塊段為一相對(duì)獨(dú)立水文地質(zhì)單元，在十三灰疏降至安全水頭情況下，可保證工作面安全開(kāi)采。

2)本項(xiàng)目將疏水降壓技術(shù)應(yīng)用于煤層底板承壓水開(kāi)采，替代傳統(tǒng)的底板注漿加固承壓水開(kāi)采降低了噸煤成本實(shí)現(xiàn)了安全高效生產(chǎn)取得了明顯的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2009.

［2］ 國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定釋義［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

［3］ 虎維岳.礦山水害防治理論與方法［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2005.

［4］ 楊起，韓德馨.中國(guó)煤田地質(zhì)學(xué)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1979.

［5］ 李增學(xué).煤田地質(zhì)學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，2009.