楊旭偉 付民強(qiáng)

(兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東省鄒城市，273500)

兗州煤田是一個(gè)斷層切割圍成的不完整的向斜盆地，東灘井田六采區(qū)位于兗州向斜南翼，靠近核部和深部，次一級(jí)褶皺和斷裂構(gòu)造均較發(fā)育。六采區(qū)東西長(zhǎng)約5 km，南北寬約1.8～2.8 km，面積約9.99 km2，主采3#煤層(3#煤層個(gè)別地方分叉為3上煤層和3下煤層)。六采區(qū)周邊采區(qū)的3#煤層均已開(kāi)采完畢，含水層淺部的水基本已經(jīng)疏放完畢。

63上04工作面是六采區(qū)首采工作面，位于C2向斜軸部，處于整個(gè)六采區(qū)的最低處。煤層平均厚度5.2 m，工作面內(nèi)地層傾角平緩，沒(méi)有較大地質(zhì)構(gòu)造。

63上04工作面于2015年12月7日生產(chǎn)，2016年12月11日正常停采，軌道巷推進(jìn)距離1539.9 m，運(yùn)輸巷推進(jìn)距離1518.3 m，平均推進(jìn)距離1529.1 m。

1 63上04工作面水文地質(zhì)條件

63上04工作面主采3上煤層。3上煤層位于山西組下部，下距3下煤層平均距離10.21 m，距太原組三灰約50 m；上距侏羅系紅層56～93 m；煤層平均厚度5.2 m。開(kāi)采時(shí)主要充水含水層為3#煤層頂板砂巖和侏羅系紅層、侏羅系上統(tǒng)蒙陰組砂巖孔隙、裂隙承壓含水層，該工作面區(qū)域厚500～530 m， 東厚西薄，巖性主要為褐紅色礫巖、紫紅色粗砂巖、淺灰色-紫紅色中砂巖、細(xì)砂巖、灰-淺灰色砂質(zhì)泥巖、雜色-淺灰色泥巖等組成。富水性主要受構(gòu)造和巖性等因素控制，富水性極不均一。單位涌水量0.0346～0.0439 L/(s·m)，靜止水位+26.71 m，水質(zhì)類(lèi)型為SO4·HCO3-K+Na型，礦化度1.348 g/L。砂巖厚度較大，巖石平均孔隙度和平均滲透系數(shù)也較大，透水性較強(qiáng)。

3上煤層頂板砂巖裂隙承壓含水層平均厚度16.24 m，巖性以灰至灰白色中粒砂巖為主，局部相變?yōu)榧?xì)砂巖、粉砂巖與細(xì)砂巖互層。裂隙受構(gòu)造影響局部較發(fā)育，富水性主要受巖性及構(gòu)造影響。根據(jù)鄰近P1-8鉆孔抽水試驗(yàn)資料，單位涌水量q為0.00002952 L/(s·m)，總體富水性弱。靜止水位+38.88 m，水質(zhì)類(lèi)型HCO3-Na+Ca型，礦化度1.135 g/L。

采用全煤厚綜放開(kāi)采時(shí)3上煤層的導(dǎo)水裂縫帶高度：

(1)

式中：Hli——導(dǎo)水裂縫帶高度，m；

M——煤層厚度，m。

經(jīng)計(jì)算，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為62.8 m。因此工作面部分區(qū)段采后冒裂帶高度進(jìn)入侏羅系紅層。

2 工作面回采前的防治工作

2.1 探放水

2015年7月，采用瞬變電磁法對(duì)63上04工作面進(jìn)行了水文物探，共探測(cè)出4處富水異常區(qū)。利用鉆機(jī)對(duì)這4個(gè)異常區(qū)均進(jìn)行了探放，證實(shí)異常區(qū)富水性較弱。

在63上04兩巷道布設(shè)探孔3個(gè)，其中1個(gè)探孔施工至3上煤層頂板以上45 m位置處，鉆孔出水，涌水量最大為8 m3/h，鉆孔終孔深度100 m，終孔后水量很快衰減至0.2 m3/h，探孔終孔層位為J3紅層。

在下部巖巷南翼總回風(fēng)巷施工25個(gè)探孔，其中3個(gè)探孔出水，最大涌水量約為1.5 m3/h，終孔后水量即衰減。

本次探放水工程累計(jì)施工28個(gè)探孔，鉆進(jìn)進(jìn)尺3442.5 m，累計(jì)放出水量934 m3。

2.2 排水系統(tǒng)

(1)施工泄水孔。在工作面運(yùn)輸巷97#、108#、119#收尺點(diǎn)處與下部巖巷立交的位置各施工2個(gè)(共6個(gè))泄水孔，孔徑為150 mm，孔深約46 m。

(2)完善排水管路。由于工作面軌道巷高，運(yùn)輸巷低，在運(yùn)輸巷敷設(shè)兩路排水管路，管徑分別為159 mm和108 mm，接至運(yùn)輸巷外部大巷后自然流向采區(qū)水倉(cāng)，距離約1040 m。同時(shí)，在工作面?zhèn)浜门潘眉跋嚓P(guān)連接管件，排水能力達(dá)到120 m3/h。

3 工作面涌水狀況

自2016年2月24日開(kāi)始，63上04工作面出現(xiàn)滴水現(xiàn)象。2月29日，當(dāng)工作面推進(jìn)至軌道巷300 m、運(yùn)輸巷274 m時(shí)總水量增大至15 m3/h，隨后工作面架后始終有出水現(xiàn)象，最大時(shí)達(dá)到56 m3/h，工作面停面后采空區(qū)出水約23 m3/h，截至2016年12月13日累計(jì)放水6.4萬(wàn)m3。

4 涌水水源分析

由采前的探放水工程和水文地質(zhì)分析得出的結(jié)論是63上04工作面不會(huì)出現(xiàn)較大涌水，但是在回采過(guò)程中出現(xiàn)了瞬時(shí)涌水量56 m3/h、累計(jì)涌水6.4萬(wàn)m3的較大水量，因此東灘煤礦對(duì)這次的涌水水源進(jìn)行了分析。

(1)通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)涌水來(lái)源于工作面頂板和后部采空區(qū)底板，涌水通道為頂板冒落裂隙。

(2)涌水水質(zhì)呈無(wú)色、無(wú)味、透明狀，口感好，無(wú)雜質(zhì)；排除老空水(附近沒(méi)有老空區(qū))、注漿水的可能性。

(3)對(duì)涌水點(diǎn)處提取的水樣進(jìn)行水質(zhì)全分析，水質(zhì)類(lèi)型為SO4·HCO3—Na型水，礦化度4060.41mg/L，通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，水質(zhì)全分析各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果符合紅層水和3#煤層頂板砂巖水特征。

(4)63上04工作面周邊1 km內(nèi)水文長(zhǎng)觀孔有第四系中組Q中-4孔、侏羅系紅層J3-16、J3-4，3#煤層頂板砂巖含水層P1-12、奧灰含水層O2D3、十四灰含水層L14-D1孔。

自工作面出現(xiàn)涌水以來(lái)各水文長(zhǎng)觀孔的水位標(biāo)高變化曲線如圖1所示。由圖1可以看出，J3-16鉆孔(紅層)水位由2016年1月的-218 m降至2016年10月份的-290 m，降幅為72 m，且在6月份水位出現(xiàn)斷崖式下降；J3-4鉆孔(紅層)水位由2016年1月的-71.27 m最低降至2016年4月份的-102 m，降幅為30 m；P1-12鉆孔(3砂) 水位由2016年1月的-190.9 m最低降至2016年11月份的-194 m，降幅為3.1 m。

圖1 水位標(biāo)高變化曲線圖

相比周邊其余層位鉆孔水位，O2D3(奧灰)、Q中-4(第四系)、L14-D1(十四灰)均未見(jiàn)明顯變化，說(shuō)明63上04工作面涌水水源為J3紅層及3#煤層頂板砂巖水，其中主要為J3紅層水。

5 防治水建議

63上04工作面自開(kāi)采前的探測(cè)分析基本無(wú)水，工作面開(kāi)采過(guò)程中的瞬時(shí)涌水量達(dá)56 m3/h，至工作面回采結(jié)束時(shí)達(dá)到23 m3/h的穩(wěn)定涌水，雖然回采前后水文情況不一致，但并沒(méi)有造成工作面停產(chǎn)以至淹沒(méi)的被動(dòng)防治水局面。同時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中的防治水工作是得力的。總結(jié)此次涌水教訓(xùn)，為以后煤礦安全開(kāi)采提出以下防治水建議。

(1)防排水系統(tǒng)是工作面的必備條件。必要的排水設(shè)施是防災(zāi)抗災(zāi)的基礎(chǔ)，切不可因預(yù)報(bào)偏差而弱化防排水設(shè)施的安裝。工作面運(yùn)輸巷安裝的?159 mm和?108 mm排水管路和高效能排水泵是本次排水工作的關(guān)鍵。

(2)利用工作面的有利條件最大可能地完善排水設(shè)施。有條件的一定要施工泄水孔，不能施工泄水孔的巷道要施工集中排水池。同時(shí)排水管路、排水泵必須可靠，特別是排水泵的各項(xiàng)指標(biāo)(揚(yáng)程、流量等)要滿足施工地點(diǎn)的要求。本次排水工作施工的6個(gè)泄水孔提高了排水效率，減少了因距離過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的排水困難。

(3)采區(qū)首采工作面，特別是采區(qū)的向斜軸處的工作面，須做好防排大水的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。一般情況下，采區(qū)首采工作面所處區(qū)域的充水含水層沒(méi)有經(jīng)過(guò)疏放，徑流系統(tǒng)完整、賦水較好。