付應(yīng)凱 王 波 孫建西

（新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 新泰 271233）

隨著開(kāi)采歷史的延長(zhǎng)，新汶礦區(qū)前組煤資源日漸枯竭，礦井開(kāi)采工作面埋藏越來(lái)越深，地壓越來(lái)越大，后組煤底板含水層水壓越來(lái)越高。為解決開(kāi)采煤層底板承壓水害問(wèn)題，保證礦井安全生產(chǎn)，水害防治工作的研究變得十分必要和重要。本文以15煤層31515W工作面開(kāi)采為例，對(duì)底板承壓水害治理工作進(jìn)行研究。

1 礦區(qū)地層概況

新汶煤田屬魯西地層分區(qū)，其地層由新到老發(fā)育有新生界第四系、古近系；中生界侏羅系下統(tǒng)；上古生界二疊系中、下統(tǒng)及石炭系上統(tǒng)；下古生界的奧陶系上、中、下統(tǒng)。煤系地層總厚一般在260m左右，主要的巖性為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、中細(xì)砂巖，中間夾有4～7層石灰?guī)r和泥灰?guī)r，沉積特征與華北各地極為相似，故為華北型海陸交互相石炭二疊紀(jì)煤田。本區(qū)域含煤層共17層，可采煤層為6層，分別為山西組的2、4、6煤層（前組煤）和太原組的11、13、15煤層（后組煤）。

2 工作面水文地質(zhì)情況

根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資料，影響31515W工作面十五層煤開(kāi)采的主要含水層是煤層底板以下的石炭系本溪組徐灰、草灰灰?guī)r含水層和奧陶系灰?guī)r含水層。

（1）徐灰。徐灰為井田內(nèi)主要含水層之一，區(qū)內(nèi)平均厚度12.56m，該含水層上距十五層煤底板19.4m，下距草灰頂13.6m，距奧灰頂32.31m，為開(kāi)采十五層煤底板間接充水含水層。

（2）草灰。區(qū)內(nèi)草灰厚3.81m，底板下距奧灰頂板14.9m。

（3）奧灰。奧灰厚達(dá)800余米，為煤系基底，是開(kāi)采下組煤的間接充水含水層。上部為厚層狀質(zhì)純石灰?guī)r，夾薄層泥巖，頂部具古風(fēng)化殼，局部巖溶裂隙發(fā)育。奧灰頂界面上距草灰14.9m，距徐灰32.31m，距十五層煤底板64.27m。

3 防治措施

運(yùn)用物探先行、鉆探驗(yàn)證、合理布局、疏排可靠的治理措施，開(kāi)展防治水工作，確保工作面安全開(kāi)采，不出現(xiàn)突水事故。

3.1 物探探查

3.1.1 瞬變電磁法原理

瞬變電磁法工作原理，是利用不接地回線向采掘空間周圍的煤巖體發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間，利用線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法。然后，通過(guò)測(cè)量斷電后各個(gè)時(shí)間段的二次場(chǎng)隨時(shí)間變化規(guī)律，可得到不同深度的地電特征。該方法克服井下施工空間的局限性，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.1.2 瞬變電磁法實(shí)施方案布置

根據(jù)瞬變電磁法工作原理，結(jié)合31515W工作面的現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)瞬變電磁法方案，對(duì)工作面巷道布置3條探測(cè)線：

（1）1#：31515W工作面運(yùn)輸巷底板巖層含水性瞬變電磁法豎直方向探測(cè)視電阻率；

（2）2#：31515W工作面回風(fēng)巷底板巖層含水性瞬變電磁法豎直方向探測(cè)視電阻率；

（3）3#：31515W工作面運(yùn)輸巷底板巖層含水性瞬變電磁法面內(nèi)底板45°方向探測(cè)視電阻率。

3.1.3 瞬變電磁數(shù)據(jù)分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)，采集瞬變電磁數(shù)據(jù)，對(duì)資料進(jìn)行處理分析，分析3條探測(cè)線探測(cè)視電阻率斷面圖，根據(jù)低阻異常帶的分布位置、之間連通性比較、異常區(qū)深度變化，推斷出富含水區(qū)。

分析1#探測(cè)成果異常區(qū)有6個(gè)。巷道160～230m范圍為15煤底板徐奧灰?guī)r層位置異常幅度中等，推斷含水性中等區(qū)；巷道520～630m、1340～1370m范圍為15煤底板徐灰?guī)r層位置異常幅度相對(duì)較強(qiáng)，推斷為含水性相對(duì)較強(qiáng)區(qū)，其下部奧灰?guī)r層位置異常幅度較小，推斷含水性較弱區(qū)，徐奧灰層位中間位置也有異常區(qū)域，推斷有可能存在通道；巷道 850～880m、1060～1120m、1210～1240m范圍15煤底板徐灰?guī)r層位置異常幅度相對(duì)中等，推斷為含水性相對(duì)中等區(qū)，其下部奧灰?guī)r層位置異常幅度較小，推斷含水性較弱區(qū)。

分析2#探測(cè)成果異常區(qū)有3個(gè)。巷道650～760m范圍為15煤底板徐灰、奧灰?guī)r層位置異常幅度相對(duì)較強(qiáng)，推斷為含水性相對(duì)較強(qiáng)區(qū)，且中間位置也有異常區(qū)域，推斷有可能存在通道；巷道950～1030m范圍為15煤底板徐灰?guī)r層位置異常幅度較弱，推斷含水性較弱區(qū)；巷道1100～1160m范圍為15煤底板徐奧灰?guī)r層位置異常幅度較強(qiáng)，推斷含水性較強(qiáng)區(qū)。

分析3#探測(cè)成果異常區(qū)有2個(gè)。巷道500～600m、1330～1390m范圍為15煤底板徐灰?guī)r層位置異常幅度相對(duì)較強(qiáng)，推斷為含水性相對(duì)較強(qiáng)區(qū)，其下部奧灰?guī)r層位置異常幅度較小，推斷含水性較弱區(qū)，徐奧灰層位中間位置也有異常區(qū)域，推斷有可能存在通道。

3.2 水文地質(zhì)鉆探

根據(jù)物探資料解釋結(jié)果，在31515W運(yùn)輸巷550m、1350m徐灰含水性相對(duì)較強(qiáng)區(qū)位置施工1#、2#徐灰水文觀測(cè)鉆孔，31515W回風(fēng)巷700m奧灰水文觀測(cè)鉆孔、1150m徐灰含水性相對(duì)較強(qiáng)區(qū)位置施工徐灰水文觀測(cè)鉆孔進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，終孔情況：

（1）31515W運(yùn)輸巷1#徐灰水文觀測(cè)孔，徐灰水量4.0m3/h，水壓3.1MPa。

（2）31515W運(yùn)輸巷2#徐灰水文觀測(cè)孔，徐灰水量1.3m3/h，水壓4.1MPa。

（3）31515W回風(fēng)巷徐灰水文觀測(cè)孔，徐灰水量 11.0m3/h，水壓 3.2MPa。

（4）31515W回風(fēng)巷奧灰水文觀測(cè)孔，徐灰水量8.0m3/h，水壓2.1MPa；草灰無(wú)水；奧灰終孔水量 1.3m3/h，水壓 1.4MPa。

3.3 工作面現(xiàn)場(chǎng)管理

（1）工作面開(kāi)采過(guò)程中要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)浮煤管理，嚴(yán)禁丟底煤。防止工作面出水后將浮煤沖至工作面下出口，堵塞巷道，形成封閉巷道。

（2）工作面開(kāi)采過(guò)程中，盡量加快推進(jìn)速度，以減少底板破壞深度。當(dāng)工作面推進(jìn)長(zhǎng)度為工作面斜長(zhǎng)的整數(shù)倍左右時(shí)，對(duì)工作面底板破壞深度加大，因此，加強(qiáng)對(duì)工作面水情的觀測(cè)，防止底板突水。

3.4 排水系統(tǒng)

（1）確定排水路線：31515W工作面→31515W工作面運(yùn)輸巷→-550水平4-3采區(qū)水倉(cāng)→-550水平水倉(cāng)。

（2）31515W面回風(fēng)巷存在三處巷道低洼，低洼地段需要安裝22kW排水泵及配套二寸排水管路一趟，并安設(shè)備用泵。

（3）31515W面運(yùn)輸巷存在三處巷道低洼，至切眼段內(nèi)250m范圍內(nèi)為仰采，在切眼下頭安設(shè)排水量不小于70m3/h的潛水泵及安設(shè)一趟4寸排水管路，潛水泵隨著工作面外推。另外2處巷道低洼處，安設(shè)BQ30-100/22kW排水泵，與4寸排水管路連接（排水能力不小于50m3/h），并安設(shè)備用泵。

（4）采區(qū)水倉(cāng)水位持續(xù)保持在最低水位線，防止工作面突水時(shí)排水不及時(shí)。

4 工作面開(kāi)采水害威脅程度評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)該工作面進(jìn)行物探探查、鉆探驗(yàn)證，并收集該工作面周邊附近原施工的13個(gè)水文鉆孔揭露情況的資料進(jìn)行分析：

（1）工作面及周邊施工了17個(gè)鉆孔，從水量上分析3孔揭露徐灰無(wú)水，10孔揭露徐灰水量1m3/h以下且3孔經(jīng)疏放后徐灰無(wú)水，只有4孔揭露徐灰超過(guò)10m3/h。有水的14個(gè)鉆孔從水壓上分析3孔為3MPa以下，11孔為3MPa以上，最高到達(dá)8.0MPa，大部分鉆孔通過(guò)疏水后水壓迅速降低。通過(guò)以上鉆孔可知，雖然該區(qū)域及周邊范圍內(nèi)實(shí)際揭露的水文觀測(cè)鉆孔的水壓較高，但水量均較小，且疏水降壓后水壓迅速降低，鉆孔揭露徐灰水位不一，徐灰水位與埋深無(wú)關(guān)聯(lián)，且徐灰水易于疏干，說(shuō)明徐灰只是局部地點(diǎn)存有裂隙水，補(bǔ)給水源差，雖然徐灰有出水的可能，但水量較小，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

（2）根據(jù)31515W工作面及周邊奧灰鉆孔的實(shí)際揭露，奧灰水壓雖然較高，但該區(qū)域及工作面范圍內(nèi)奧灰富水性較弱，雖然有出水的可能，但水量較小，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

5 工作面防治水效果分析

（1）根據(jù)突水系數(shù)法分析，結(jié)合工作面水文鉆孔徐灰實(shí)際揭露情況，31515W工作面開(kāi)采過(guò)程中，徐灰存在突水的可能性，因此要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

（2）31515W工作面奧灰根據(jù)計(jì)算存在突水的可能性，但根據(jù)工作面周邊奧灰孔揭露情況，該范圍內(nèi)奧灰水壓較高，但富水性差，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

（3）在正常情況下，31515W工作面正常涌水量為 11.95m3/h，最大涌水量 19.92m3/h。

（4）目前工作面運(yùn)輸巷局部不能自然疏水，安設(shè)排水量70 m3/h潛水泵后，具備底板突水時(shí)的抗災(zāi)能力。

（5）工作面開(kāi)采過(guò)程中，應(yīng)加快推進(jìn)進(jìn)度，加強(qiáng)工作面的監(jiān)測(cè)。