复杂水文地质条件下断层活化出水防治水技术研究

范谈斌

（冀中能源股份有限公司 邢台矿，河北 邢台 054000）

1 概 况

邢台矿51100 采区位于邢台矿井田西部，井下位于西风井西南部。采区整体呈一宽缓向斜构造，东部以F15 断层为界，南到F12 断层，西到F26断层，北到5 号煤层隐伏露头，采区走向长1 500 m，倾向长1 360 m，煤层标高－40—－200 m。由于F15、F12 断层在该地区内相互切割，使该地区形成一个相对独立的构造单元。

51121 工作面位于51100 采区东南部，东邻F15 断层及SF12 断层，南至F12 断层防水煤柱线，西邻51119 采空区，北至51100 运输上山为界。该工作面开采煤层为5 号煤，工作面走向长551.6~574.1 m，倾斜长90.8 ~ 121.4 m，煤层埋深标高-170 —-200 m，煤层平均倾角3°，煤层平均煤厚1.96 m，工作面可采储量15.733 4 万t。

2 工作面水文地质条件

根据51100 采区地质及水文地质资料分析，该工作面水文地质条件已查明，断层构造发育，根据岩性、含水介质特征及地下水类型，该区域含水层自下而上可划分为奥陶系灰岩含水层、大青灰岩含水层、野青灰岩含水层、煤系砂岩含水层及第四系底部砾石含水层等（该地区伏青灰岩含水层缺失）。其中奥陶系灰岩、本溪灰岩、大青灰岩、5 号煤底板砂岩为5 号煤底板含水层，野青灰岩、5 号煤顶板砂岩、第四系底部砾石层为5 号煤顶板含水层。

根据51100 采区的水文地质资料及工作面附近9703 钻孔、扩23 钻孔资料分析得知，工作面5 号煤上距底砾含水层81.03 ~ 88.4 m，上距2 号煤49.92 ~ 52.94 m，上距野青灰岩含水层7.47～8.9 m，下距大青灰岩含水层66.74～71.07 m，下距奥灰含水层130.06 m，详情如图1 所示。

图1 51121（综采） 工作面煤层与各含水层间距（参考9703、扩23 钻孔）Fig.1 Spacing between coal seams and aquifers at 51121(fully mechanized)working face(reference 9703,borehole expansion 23)

3 出水情况原因分析

51121 运输巷里段紧邻F12 断层防水煤柱线掘进，断层在区段较发育，运输巷在226 号点前20~35 m 处先后揭露f51121-8 断层（H=1.1 m） 与f51121-9 断层（H=5 m），在揭露断层后20 d，断层所在位置发生底鼓现象并往外涌水，底鼓高度0.6~1.6 m，两帮压力较大，水量峰值75 m3/h。水质化验显示与附近大青灰岩水质一致。

51121 运输巷出水点外侧为F12 断层，该断层落差＞150 m，倾角70°，该断层由冲601、8303钻孔控制，断层位置基本准确。此次出水点距离F12 断层间距89 m，距F12 断层防水煤柱线17 m，分析F12 断层不是此次出水的直接原因。

此次出水由51121 运输巷底鼓引起，底鼓段位于f51121-8（H=1.1 m） 与f51121-9（H=5 m） 2条断层交汇处。初次揭露2 条断层时均不导含水，但2 条断层交汇处断层易活化，含水层水易通过断层裂隙向外涌水，且易发生底鼓、片帮现象。因此分析本次出水主要是受f51121-8、f51121-9 两条断层影响所致。51121 出水点位置及治理钻孔布置情况如图2 所示。

图2 51121 出水点位置及治理钻孔布置情况Fig.2 51121 Water outlet point position and treatment drilling arrangemen

4 出水点治理

4.1 加大排水能力

第一时间将51121 运料巷（原运输巷） 排水能力由80 m3/h 提升为200 m3/h，确保出水点水量变大能及时外排。后续从邢东矿借来排水能力200 m3/h 的水泵2 台，使最终排水能力提高至400 m3/h。原51121 运料巷（原运输巷） 排水系统为接力排水，全部替换为直排系统，使出水点涌水直排51100 采区大巷。

4.2 垒排木垛阻止巷道继续底鼓变形

经现场观测，51121 运料巷（原运输巷） 底鼓区域有进一步变形现象，为防止底鼓变形加剧导致出水量变大，及时采取了防止底鼓继续发育的措施，自底鼓区域及后方10 m 范围内进行排木垛，排成4 排每排2 个，有效地阻止了巷道继续底鼓变形，在一定程度上阻止了出水点底板裂隙变大，水量变大迹象。

4.3 施工防水闸墙

在51121 运料巷（原运输巷） 225 点前6 ～13.5 m 处施工了防水闸墙。墙内共预埋了11 趟4寸管用作泄压放水。墙体及与巷道接触面全部用化学浆注浆。此次施工使用水泥30 罐、沙子34 罐、石子39 罐、喷浆料8 罐、25 kg 大阀门11 个、化学浆42 t。

对邢台矿51121 出水点情况进行分析，并最终确定在出水点巷道施工挡水墙。通过施工挡水墙，可有效控制出水点水量，同时在一定程度上对巷道四周及底板注浆加固，阻止了底鼓区域延伸变形。将墙体内一趟管路与运输巷排水管路相连接，通过墙体内水压自压至通51100 运输大巷，节省了水泵检修、管路维护的时间。

4.4 对出水点附近破碎带注浆加固

51121 运输巷（原运料巷） 距出水点距离33 m，距离出水点较远，待51121 运料巷（原运输巷） 防水闸墙建成关闭后，不会导致出水点从运料巷出水，因此不再对51121 运输巷（原运料巷） 施工水闸墙。为安全起见，对该区域进行了针对性的注浆加固，共施工了5 个钻孔，累计进尺430.5 m，注浆量7.5 t，可保证工作面安全初采。

表1 工作面出水点附近注浆加固钻孔成果Table 1 Drilling results of grouting reinforcement near the outlet of working face

4.5 重新规划51121 切眼

51121 原设计切眼位置断层构造极其发育，水文情况复杂，重新调整新切眼位置，避开远离出水点位置，避免了出水点对51121 工作面安全开采的影响。同时对新切眼外侧进行了底板注浆加固，共施工了7 个钻孔，累计进尺744 m，注浆量6.6 t，可保证工作面安全初采。

表2 工作面新切眼外侧注浆加固钻孔成果Table 2 Drilling results of grouting reinforcement outside the new cut in working face

4.6 加强跟班监测

51121 运料巷（原运输巷） 出水期间，每班安排人员现场盯班，观测出水点水量变化情况，当发现水文异常时及时汇报。经连续观测多日，水量整体呈衰减趋势，已由最大出水量75 m3/h 衰减至15 m3/h。后续开始定期观测，经过近2 个月观测，51121 出水点水量已稳定在9 m3/h。

5 结 语

51121 运输巷因断层活化导致巷道底鼓出水的成功治理，有效消除了出水点对51121 工作面安全开采的水害影响，并且该项目的成功实施，为今后处理类似情况提供借鉴经验。