XX保护层工作面底板岩溶水突水危险性评价

李正鹏

（1.河南理工大学 资源环境学院，河南 焦作 454000；2.河南宝雨山煤业有限公司，河南 洛阳 471300）

1 试验区情况

1.1 地质条件

XX工作面掘进期间共揭露了两条断层，分别为DF2、F5断层。DF2为三维地震勘探断层，实际在工作面上顺槽距切巷口向外110m处揭露，落差为2.8m，断层位于工作面南部，对回采影响较小；F5为实际揭露断层，在XX下顺槽通尺290m处揭露，预计工作面内最大落差2.4m，对回采影响较大。

1.2 水文地质条件

1.2.1 顶底板含水层

由于受岩性、埋藏及水文地质条件的影响，含水性横向、倾向及垂向上存在显著的不均一性，尤其在倾向上，有随埋藏深度的增加而逐渐减弱的趋势。根据XX工作面补充钻探情况分析，该含水层与工作面之间的隔水层厚度最小46m，观测最高水位约+260m。该层属岩溶裂隙弱富水性含水层，为一7煤底板间接充水含水层。

1.2.2 顶底板隔水层

石炭系太原组中段砂质泥岩或泥岩隔水层。岩石较致密，裂隙欠发育，自然状态下，是阻隔太原组上段与下段灰岩水力联系的良好隔水层。

1.2.3 老窑采空积水情况

XX工作面位于一水平西翼，为宝雨山煤矿第一保护层工作面，东为12回风上山，西为矿井边界，南北均为未采区，因此，XX工作面无老空水害威胁。

2 煤层底板岩溶承压水对安全生产的威胁

根据《煤矿防治水规定》，突水系数是评价带压开采条件下煤层底板承压水突水危险的重要依据，因此，本次仍采用突水系数评价宝雨山矿XX工作面底板寒武系灰岩岩溶水的突水危险。

图1 宝雨山矿2010-2011年岩溶水水位动态变化曲线

宝雨山矿区各矿井正常生产均未对寒灰水进行疏放，整个矿区岩溶水水位多年来保持在动态均衡状态。水位动态主要受降水因素的影响，岩溶水雨季获得大气降水补给后其水位上升，至11-12月份水位升至最高，此后水位逐渐下降，至次年4-5月份水位降至最低。年内水位变幅最高可达100m，如2012年最高水位为+320m，最低水位只有+220m。XX工作面分布有7个水文观测孔，各孔水位相差较大（图1）。根据防治水工作安排，XX工作面回采期间，对寒灰岩溶水不采取主动性的疏水降压措施，预计其最高水位仍将在+320m左右。

隔水层厚度取XX工作面7个钻孔平均值46m。作用在煤层底板的水压按工作面最高水位和工作面最低标高计算，最高水位为+258m，最低标高取+20m。作用在煤层底板的水压最大值为2.4MPa。煤层底板承压水突水系数为：

根据《煤矿防治水规定》，一般情况下，在具有构造破坏的地段临界突水系数为0.06MPa/m，隔水层完整无断裂构造破坏地段临界突水系数为0.1MPa/m。XX工作面断层不发育，隔水层分布稳定且完整。上述计算表明，带压开采一7煤，煤层底板寒灰岩溶水突水系数小于临界突水系数值。因此，除非工作面内部仍有尚未发现的导水通道，正常条件下，寒灰岩溶水是很难突破隔水层涌入矿井的。

3 水力挤出措施工艺及注水参数

3.1 水力挤出措施工艺

水力挤出措施工艺的进行可以比较有效地减少煤体结构和突出应力的不均匀性与不稳定性，也能相应减少水文地质灾害的发生，降低突水危险性。水利挤出措施一般包括煤层注水和钻孔施工。由于宝雨山煤矿保护层（一7煤）工作面受煤层底板寒灰岩溶承压水、断层水等水害影响，因此可利用水力挤出措施方式防治水害。根据宝雨山煤矿保护层的实际情况，在进行钻孔施工的时候可打3～7个小直径钻孔，其中小直径为91mm，进行高压注水。使高压注水的速度比水渗透的速度快一些，形成煤体破裂并向工作面自由端接近，使煤体工作面卸压，达到防治水目的。

3.2 水力挤出措施注水参数

参加本次放水试验的钻孔共有7个，分别编号为01～07，01～04布置在工作面下顺槽，05、06布置在工作面中顺槽，07孔布置在工作面上顺槽。

放水孔布置：目的为疏水降压，选择钻孔涌水量最大的03孔作为放水孔。

观察孔布置：结合已有的观测孔，能够查明区域内水力联系，选择 01、02、04、05、06、07 孔作为观察孔。

孔号水位 02# 03#(放水) 05# 01# 04# 06# 07#钻孔标高m 23.2 24.5 40.6 20.1 25.3 41.8 83.6初始水压mpa 2.17 2.34 1.92 1.50 1.22 1.16 0.79初始水位m 240.2 258.5 232.6 170.1 147.3 157.8 162.6水位降深m 42.0 61.0 27.0 22.0 19.0 37.0 13.0

为了查明XX工作面7个水文观测孔寒灰岩溶水间的水力联系，进一步确认寒灰岩溶裂隙含水层的富水性，进行了单孔放水—多孔观测的放水试验。将03#孔作为放水孔，所有钻孔均作为观测孔。放水试验于2012年1月5日8点开始，打开03#孔阀门后，每间隔30分钟观测一次水压（水位）和水量。试验于2012年1月17日零点结束，共持续了280小时（11.7天）。放水试验期间，放水孔（03#孔）流量一直没有变化，始终在19.5m3/h，各观测孔水位均有不同程度的下降。本次放水试验暴露了寒武系灰岩岩溶水的一些水文地质特征，总结如下：各孔水力联系密切程度不一，寒武系灰岩富水性较差。

4 安全开采的防治水技术措施

4.1 根据带压开采安全技术措施，工作面回采过程中地测科、开采队要密切监测顶底板突水征兆，制定各种处理预案，发现异常及时处置。

4.2 加强职工安全教育，提高安全警惕，让工作面施工人员都熟悉突水预兆、避灾路线，提高职工抗灾能力。发现水文地质异常应及时报告调度室。

4.3 X工作面巷道均为正坡度施工，巷道内已开挖有排水沟，工作面顶底板涌水完全可以自行流出，并且要及时清理排水沟，维护排水设施，确保排水畅通，保证工作面生产期间正常排水。

5 结语

宝雨山煤矿XX保护层（一7煤）工作面受煤层底板寒灰岩溶承压水、断层水等水害影响。本文结合区域水文地质资料，对工作面地质和水文地质条件进行了全面分析，对煤层底板岩溶承压水对安全生产的威胁进行了评估并制定了安全开采的防治水技术措施，有利于工作面的安全生产。