巨厚富水松散含水層下煤層開采防治水技術(shù)研究

米曉波

（同煤集團(tuán)地質(zhì)勘測處，山西，大同，037003）

摘要：巨厚富水松散含水層下采煤可能受到上部沖積層含水和奧灰水的威脅，嚴(yán)重影響礦井開采。有效探測采場上覆沖積層含水情況及巖層導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，合理評估奧灰水突水危險(xiǎn)性，是合理制定防治水方案的前提。

關(guān)鍵詞：沖積層    巖層導(dǎo)水裂隙帶      奧灰水

一、概述

同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司位于國家規(guī)劃的十三個(gè)煤炭大基地之一的朔南礦區(qū)，井田面積104.16平方公里，煤炭儲量26億噸，礦井設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為1200萬噸，主采4號煤層。

麻家梁井田上覆基巖及地層整體較厚，井田內(nèi)分布數(shù)條大斷層，4號煤層底板距離奧灰水頂板120米左右，隨著麻家梁礦開拓范圍的不斷擴(kuò)大，煤層開采可能會受到上部沖積層含水和奧灰水的威脅，嚴(yán)重影響礦井正常開采。

上部沖積層的影響分析：4號煤層頂板受大斷層影響，強(qiáng)度較低，膠結(jié)程度差，較為破碎，當(dāng)煤層開采后，部分地段導(dǎo)水裂縫帶將可能波及到上覆富水含水體，和侏羅系各含水層發(fā)生水力聯(lián)系，造成潰水潰沙等災(zāi)害事故。

奧灰水的影響分析：因井田內(nèi)斷層發(fā)育，且多為高角度正斷層，斷層落差縮小了煤層與奧灰含水層的幾何距離，斷層帶兩側(cè)巖層破碎抵抗水壓能力低且斷層往往導(dǎo)水，隨著煤層開采，底板壓力釋放，奧灰水可能大量涌出，造成水害事故。

結(jié)合麻家梁礦斷層發(fā)育特點(diǎn),對采場上覆沖積層含水情況及巖層導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的探查，對下部奧灰水的突水危險(xiǎn)性評價(jià)是礦井優(yōu)化開采方案制定的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)礦井安全采煤的關(guān)鍵。

二、對采場上覆沖積層含水情況及巖層導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的探查方案

方案一：物探手段探查

在首采面開采前開展一次地面物探工作,調(diào)查沖積層異常富水區(qū)及巖層導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育程度。

工作面開采40-250米后，對工作面區(qū)域再開展一次地面物探，探測采動后導(dǎo)水裂隙帶的情況，通過與前次物探結(jié)果對比查明煤層開采后導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度變化。

優(yōu)點(diǎn)是將首采面作為整體進(jìn)行探查，可以較好的了解沖積層賦水情況，缺點(diǎn)是采動對導(dǎo)水裂隙帶的影響難以觀測。

方案二：鉆探手段探查

首采面開采前，在距切眼200米處對應(yīng)地面位置施工2個(gè)鉆孔，鉆孔深度施工至基巖風(fēng)化殼.

探明首采面上部沖積層含、隔水性.

觀測巖層裂隙帶發(fā)育程度:采動前對兩孔注漿,待穩(wěn)定后記錄單位時(shí)間內(nèi)耗漿量Q₁,工作面開采40米后對兩孔注漿,待穩(wěn)定后記錄相應(yīng)單位時(shí)間內(nèi)耗漿量Q₂.若Q₁﹤Q₂,說明采動后巖層裂隙發(fā)展到基巖風(fēng)化殼上部即沖積層.

該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以很好的掌握采動后導(dǎo)水裂隙帶是否發(fā)展到上部沖積層。

綜合以上方案，提出方案三：用物探手段調(diào)查沖積層異常富水區(qū)及巖層導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育程度。根據(jù)物探結(jié)果，在導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育異常區(qū)施工兩個(gè)鉆孔，深度至基巖風(fēng)化殼，通過采動前后注漿耗漿量對比來判斷采動對裂隙影響情況。同時(shí)在首采面兩順槽施工多個(gè)頂板孔，對頂板巖石力學(xué)性質(zhì)、水力特征進(jìn)行測試，開展數(shù)學(xué)、物理數(shù)值模擬，計(jì)算采后頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，用來指導(dǎo)鉆孔施工位置和驗(yàn)證注漿對比結(jié)論。

三、奧灰水突水危險(xiǎn)性評價(jià)方案

突水系數(shù)計(jì)算公式              

          T_i=P_i/M_i

式中  T——突水系數(shù), MPa/m

      P——底板隔水層承受的水頭壓力, MPa

      M——底板隔水層厚度,m

就全國資料看,底板受構(gòu)造破壞塊斷吐水系數(shù)一般不大于0.06MPa/m,正常塊段不大于0.1MPa/m.

方案:首采面圈出后,對底板進(jìn)行一次井下物探, 調(diào)查底板下巖層斷層、裂隙帶發(fā)育程度,地質(zhì)體異常區(qū)域?yàn)榭赡艿耐凰畢^(qū)段,根據(jù)上述公式計(jì)算該區(qū)段的突水系數(shù).

T_i＞0.06        不突水

T_i＝0.06        一般不突水，或滲透出水，水量有限

T_i＜0.06        突水

四、結(jié)論

麻家梁4號煤層上覆基巖及地層整體較厚，下部奧灰水距底板深度較大，煤層回采正常情況下一般不受松散含水層和奧灰水的影響，但井田內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，分布數(shù)條較大斷層，受斷層等構(gòu)造影響，頂?shù)装遢^為破碎，煤層回采后導(dǎo)水裂隙帶可能溝通松散含水層含水、奧灰水。利用物探和鉆探手段探測采場上覆沖積層含水情況及巖層導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，合理評估奧灰水突水危險(xiǎn)性，高效指導(dǎo)防治水工作。