鶴煤五礦底板C2tL8承壓水突水模式研究

郝先虎

摘 要：鶴煤五礦自建礦以來，頻發(fā)底板C2tL8承壓含水層突水事故，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)。為此，鶴煤五礦通過認(rèn)真研究底板C2tL8承壓含水層的突水模式，采取針對性的水害防治措施，取得了良好的效果，真正實(shí)現(xiàn)了礦井生產(chǎn)過程中安全、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：承壓含水層；突水模式；防治措施

中圖分類號(hào)：TD745.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）20-0089-03

Study on Water Inrush Mode of C2tL8 Confined

Water in the Floor of Hebi Five Mine

HAO Xianhu1，2

（1. School of Resources and Environment， Henan Polytechnic University，Jiaozuo Henan 454000；

2. Hemei Coal Mine， Henan Coal and Energy Chemical Group，Hebi Henan 458000）

Abstract： Since the self built mine of Hebi five mine， the water inrush accident of C2tL8 confined aquifer had occurred frequently， which seriously affected the safe production of mines. Therefore， the five mine of Hefei coal mine studied the water inrush mode of the bottom C2tL8 bearing aquifer seriously， and took the pertinent measures to prevent and cure water damage， and had achieved good results， and truly realized the safety， economic and social benefits in the process of mine production.

Keywords： confined aquifer；water inrush mode；prevention and control measures

鶴煤五礦位于鶴壁礦區(qū)中部，開拓方式為立井、暗斜井和多水平主下山開拓?，F(xiàn)開采煤層為石炭二疊系山西組二1煤，平均煤厚約8m，煤層傾角平均18°。鶴煤五礦與三礦、六礦均有大斷層相隔，屬于一個(gè)獨(dú)立塊段，礦井整體構(gòu)造形態(tài)為一軸向北東45°，向北東傾斜的向斜。鶴煤五礦自建礦以來共發(fā)生突水20次，其中底板C2tL8含水層突水就有16次。頻繁的突水嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。因此，對直接影響二1煤采掘活動(dòng)的底板C2tL8承壓含水層突水模式進(jìn)行研究尤為必要。

1 底板C2tL8承壓含水層概況

在鶴煤五礦井田范圍內(nèi)，C2tL8灰?guī)r在區(qū)內(nèi)發(fā)育良好，分布穩(wěn)定；巖溶裂隙較為發(fā)育，含巖溶裂隙承壓水，單位涌水量q=0.047L/s·m，滲透系數(shù)K=0.085 7m/d。該含水層距二1煤間距平均33.35m，并且有自西北向東南逐漸變薄的趨勢。C2tL8灰?guī)r是開采二1煤的直接充水含水層，因受F40、F41、F40、ⅡF01、ⅡF02和ⅡF03等斷層的影響，與C2tL2、O2m灰?guī)r承壓含水層發(fā)生水力聯(lián)系而得到較大量補(bǔ)給，呈現(xiàn)水量較大，且不容易疏干的含水特征，對二1煤開采具有較大影響。鶴煤五礦自建礦以來，共發(fā)生C2tL8含水層突水16次，突水量Q≤60m3/h的突水共8次，占突水次數(shù)的50%；突水量60m3/h2 底板C2tL8承壓含水層突水模式分析和研究

根據(jù)不同地質(zhì)條件下煤層底板突水機(jī)理，按照常用的劃分方法，一般將突水模式劃分為3種：正常巖層底板突水模式、斷層裂隙帶突水模式和陷落柱突水模式[2]。

2.1 正常巖層突水模式

正常巖層突水模式是指底板不存在斷層和陷落柱等構(gòu)造情況下的突水，主要由采掘活動(dòng)應(yīng)力變化導(dǎo)致底板的破壞引起的。正常巖層突水模式又劃分為薄板整體破斷和厚板壓裂導(dǎo)升破壞2種子模式。

2.1.1 薄板整體破斷突水子模式。正常巖層位置，底板較薄的隔水層在礦山應(yīng)力、爆破擾動(dòng)和底板承壓水共同作用下，底板開始從周邊向中心破裂，高壓水直接流入采掘空間，造成的突水事故[3]。

鶴煤五礦的008號(hào)、019號(hào)、020號(hào)C2tL8突水點(diǎn)雖位于正常巖層，但隔水層厚度最大5.5m，最小僅有2m，掘進(jìn)應(yīng)力和爆破擾動(dòng)造成的底板破壞帶深度均能達(dá)到C2tL8含水層附近，底板破壞帶與C2tL8含水層導(dǎo)升帶對接，形成導(dǎo)水通道，造成突水。以上4個(gè)突水點(diǎn)均屬于薄板整體破斷導(dǎo)水子模式。

2.1.2 厚板壓裂導(dǎo)升破壞突水模式。正常巖層位置，較厚的隔水層發(fā)生微觀變形，形成微觀裂隙網(wǎng)，在礦壓和水壓共同作用下開始張裂，最終當(dāng)裂隙擴(kuò)展的阻力小于水壓時(shí)，裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大，形成導(dǎo)水通道，最終造成穩(wěn)定的突水。

鶴煤五礦的005號(hào)C2tL8突水點(diǎn)，隔水層厚度14m，掘進(jìn)應(yīng)力和爆破擾動(dòng)造成的底板破壞帶深度達(dá)不到C2tL8含水層附近，底板破壞帶和含水層導(dǎo)水帶需要在水壓、礦壓進(jìn)一步作用下才能聯(lián)通形成導(dǎo)水通道，因此005號(hào)突水點(diǎn)屬于厚板壓裂導(dǎo)升子模式。

2.2 斷層裂隙帶突水模式

鶴煤五礦的16次C2tL8含水層突水，有12次與斷層裂隙帶有關(guān)，占總數(shù)的75%。斷層裂隙帶突水模式又可以分為斷裂直通式、斷裂影響承壓水導(dǎo)升帶式、斷裂影響底板破壞帶式及斷裂影響底板破壞帶與裂隙導(dǎo)升帶式共4種子模式。

2.2.1 斷裂直通突水子模式。斷層破碎帶或斷層影響帶為C2tL8含水層的導(dǎo)水或充水構(gòu)造，當(dāng)采掘工作面揭露到該構(gòu)造時(shí)，即會(huì)發(fā)生C2tL8突水。

鶴煤五礦的007號(hào)C2tL8突水點(diǎn)遇ⅡF03導(dǎo)水大斷層突水，該突水點(diǎn)屬于斷裂直通突水子模式[4]。

2.2.2 斷裂影響底板破壞帶與裂隙導(dǎo)升帶突水子模式。采掘頭面的巖體中存在范圍較大的斷裂構(gòu)造時(shí)，底板破壞帶的深度和承壓水導(dǎo)升帶的高度均會(huì)變大。根據(jù)長期觀測研究，在斷裂帶位置，底板破壞帶的深度和承壓水導(dǎo)升帶的高度約是正常巖層位置的2倍左右。破壞帶和導(dǎo)水帶發(fā)生對接形成導(dǎo)水通道，從而發(fā)生突水。該模式具體見圖1。

鶴煤五礦發(fā)生突水的采掘頭面與C2tL8間距較小，若有斷層，底板破環(huán)帶和承壓水導(dǎo)升帶皆受影響，因此，鶴煤五礦16個(gè)C2tL8突水點(diǎn)中，有11個(gè)屬于該子模式，分別是001號(hào)、002號(hào)、003號(hào)、006號(hào)、009號(hào)、010號(hào)、011號(hào)、012號(hào)、015號(hào)、016號(hào)和018號(hào)C2tL8突水點(diǎn)。

2.2.3 斷裂影響承壓水導(dǎo)升帶突水子模式。采掘頭面下的斷裂構(gòu)造范圍較小，對底板承壓含水層影響較大，對采掘頭面影響較小，這種斷裂構(gòu)造使C2tL8承壓水導(dǎo)升帶的高度變大，變厚的承壓水導(dǎo)升帶與采掘頭面的底板破壞帶對接形成導(dǎo)水通道，從而發(fā)生突水。

鶴煤五礦采掘頭面與C2tL8間距較小，不存在只影響承壓水導(dǎo)升帶不影響底板破壞帶的斷層，因此沒有該種突水子模式的C2tL8突水點(diǎn)。

2.2.4 斷裂影響底板破壞帶突水子模式。采掘頭面下的斷裂構(gòu)造范圍較小，對采掘頭面影響較大，對底板承壓含水層影響較小。采掘頭面下的巖體存在該種斷裂構(gòu)造時(shí)，底板破壞帶深度約是正常巖層的2倍，深度變大的底板破壞帶與承壓水導(dǎo)升帶對接形成導(dǎo)水通道，從而發(fā)生突水。

鶴煤五礦采掘頭面與C2tL8間距較小，不存在只影響底板破壞帶而不影響承壓水導(dǎo)升帶的斷層，因此沒有該種突水子模式的C2tL8突水點(diǎn)。

2.3 陷落柱突水模式

鶴煤五礦雖在采掘前和采掘過程中探測出6個(gè)陷落柱，但由于對陷落柱高度重視，積極采取預(yù)防措施，從未發(fā)生過因陷落柱引起的C2tL8含水層突水實(shí)例，故對陷落柱突水模式不再論述。

3 突水模式分析研究結(jié)果

逐個(gè)分析研究鶴煤五礦16次底板C2tL8承壓含水層的突水模式，發(fā)現(xiàn)正常巖層底板突水4次，其中有1個(gè)突水點(diǎn)屬于正常巖層底板之厚板壓裂導(dǎo)升子模式，其余3個(gè)均屬于正常巖層底板之薄板整體破斷導(dǎo)水子模式；遇斷層裂隙突水有12次，其中有1次屬于斷裂直通突水子模式，有11次屬于斷裂影響底板破壞帶與裂隙導(dǎo)升帶突水子模式；沒有陷落柱突水模式。

4 應(yīng)對措施

鶴煤五礦針對頻繁的底板C2tL8承壓含水層突水事故，研究突水機(jī)理，總結(jié)突水模式，積極采取應(yīng)對措施。一是在礦井最低的延深采區(qū)各巖中巷布置放水鉆場，實(shí)施鉆孔疏水工程，將C2tL8承壓含水層的水位降至安全水位以下，降低突水發(fā)生概率和突水強(qiáng)度；二是在巷道掘進(jìn)過程中采取“物探先行、鉆探驗(yàn)證”的措施，提前查明斷層裂隙等構(gòu)造情況，然后采取針對性的措施[5]；三是根據(jù)可能的涌水量，提前安裝排水系統(tǒng)，保證有水時(shí)能及時(shí)排出，避免對安全生產(chǎn)造成影響。

5 效果及效益評價(jià)

5.1 防治水效果

鶴煤五礦通過總結(jié)突水模式，積極采取應(yīng)對措施，杜絕了C2tL8承壓含水層突水事故的發(fā)生。2014年以來，鶴煤五礦開拓巖巷時(shí)，直接將巖巷布置在強(qiáng)度較大的C2tL8巖層中，這從側(cè)面反映出對C2tL8承壓含水層的治理效果。

5.2 安全經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

鶴煤五礦成功消除了采掘過程中C2tL8承壓含水層突水的威脅，保證采掘活動(dòng)正常開展和礦井正常接替。通過成功治理C2tL8承壓含水層，為今后在鶴煤五礦防治底板承壓水工作積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，也為類似條件的礦井進(jìn)行防治底板承壓水工作提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)察局.煤礦防治水細(xì)則[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2018.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2016.

[3]尹尚先.煤層底板突水模式及機(jī)理研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（6）：661-665.

[4]于永堆，張廣壘.地質(zhì)構(gòu)造對巖巷掘進(jìn)的影響分析[J].科技信息，2014（1）：272.

[5]趙慶彪，蔣勤明，高春芳.邯邢礦區(qū)深部煤層底板突水機(jī)理研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016（3）：117-121.