中能煤矿回采工作面顶板水研究

摘要：以物探方式探查回采工作面顶板含水层富水情况，经钻探设计后开展顶板含水层水疏放工作，有效解除了顶板含水层水对回采工作面的威胁，保障了回采工作的安全。

关键词：含水层；钻探；物探；富水区；防治水

1引言

中能煤矿2306回采工作面受到的水患威胁主要来自于顶板K8砂岩含水层水，为了切实保障回采工作安全，消除顶板水威胁，需要开展顶板水疏放工作。根据物探解释成果，存在富水异常区，因此需要制定专项探测方案，并组织探测，开展疏放水工作。

2概述

中能煤矿井田位于太行山西侧长治盆地南部，新生界地层厚度大，地表大部为黄土层所覆盖。开采3#煤层，埋深约340m～570m，生产规模240万t/a，立井开拓，综采放顶煤采煤工艺，全部垮落法管理顶板。煤层厚度为3.68m～5.93m，平均为5.15m。根据矿井水文地质类型划分报告显示，本井田奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层富水性不均一，含水空间以岩溶裂隙为主，岩溶裂隙发育及富水性具有随深度的增加而增强即上弱下强的特点，奥灰水水位标高为+628m～636m，全区带压。

2.12306回采工作面概况

2306工作面处于井田南部，沿3#煤层煤层顶板布置，工作面煤层平均厚度5.1m左右，煤层倾角0°~10°。煤层底板标高在+425m~+498m范围内。运巷长2460.2m，风巷长2379.5m,工作面长249.45m。

2.2区域地质、水文地质情况

2.2.1地层中能煤矿井田位于沁水盆地东翼，全区几乎全部为第四系所覆盖，井田地层由老到新为石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、二叠系上统上石盒子组（P2s）、第四系（Q）。2.2.2含水层第四系松散岩类孔隙含水层，该含水层为孔隙含水层，主要由中-细砂组成，单位涌水量0.0356L/（s·m）～0.224L/（s·m），该含水层富水性弱-中等。基岩风化带裂隙含水层，该含水层为碎屑岩裂隙含水层，主要由粗-细粒砂岩组成，单位涌水量0.0218L/（s·m），渗透系数0.026m/d，属弱富水性含水层。二叠系上石盒子组与下石盒子组砂岩裂隙含水层，该含水层为碎屑岩裂隙含水层，含水空间以构造裂隙为主，含水层主要由粗-细粒砂岩组成，一般裂隙较发育，局部充填，单位涌水量0.0365L/（s·m），渗透系数0.0622m/d，该含水层属弱富水性含水层。山西组砂岩裂隙含水层，该含水层为碎屑岩裂隙含水层，含水空间以构造裂隙为主，含水层由中、细粒砂岩组成，单位涌水量0.00046L/（s·m）～0.006L/（s·m），渗透系数0.0026m/d～0.053m/d，该含水层属弱富水性含水层。太原组石灰岩岩溶裂隙含水层，该含水层为碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙含水层，含水空间以裂隙为主单位涌水量0.0002L/（s·m），渗透系数0.002m/d，属弱富水性承压含水层。奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层，该含水层为岩溶裂隙含水层，含水空间以岩溶裂隙为主，峰峰组和上马家沟组混合抽水试验结果单位涌水量4.248L/（s⋅m），渗透系数11.373m/d，属强富水性承压含水层。

2.3地面物探

2.3.1方法原理瞬变电磁法的物理基础为电磁感应原理，即导电介质在阶跃变化的激励磁场激发下产生涡流场的问题。良性导电地质体产生的感应二次场与地质体的电阻率密切相关，电阻率越低、低电阻地质体规模越大，感应二次场越高、二次场衰减越慢。2.3.2使用仪器地面瞬变电磁勘探使用加拿大生产的PROTEM67瞬变电磁勘探系统，该系统具有发射电流大，抗干扰能力强，采用不同频率发射，可针对不同的勘探深度，保证不同时段的采样精度2.3.3物探成果本次主要探放工作面回采后导水裂隙带所沟通的各含水层（主要为K8含水层，距离工作面底板约55m）及其物探解释异常区。减轻其对工作面的影响，保证工作面采掘安全。根据资质单位提交的《地面电法勘探报告》，显示2306工作面切眼距停采线内共赋存的K8富水异常区2处（编号1#、2#），面积分别为11667m2和66422m2。疏放水钻孔设计3.12306工作面导水裂隙带计算矿井水文地质将冒落带、裂隙带合并称为导水裂缝带，导水裂缝带所沟通的含水层水参与矿井充水。中能煤矿3#煤顶板岩性为砂岩、砂质页岩、页岩等煤系地层，2306工作面3#煤层最大厚度为5.5m，采煤方法为走向长壁综合机械化综采低位放顶煤采煤法，全部垮落法管理顶板。经计算，开采3#煤层垮落带的最大高度为14.5m，上覆岩层采动导水裂缝带最大高度为50.0m。综合上述两种计算方法，取相对较大值，开采3#煤层冒落带的高度为22m，上覆岩层采动导水裂隙带高度为82.6m。局部能达到K8砂岩及K8以上砂岩裂隙含水层，甚至某些地段达到上石盒子组K10砂岩含水层，使之成为工作面直接充水含水层3.22306工作面疏放水钻孔设计本次井下疏放水钻孔设计参数均参考矿井以往物探及3802、3803钻孔柱状图确定，同时根据现场探放水情况再做适当调整，以达到本次疏放水工作的目的。计划分别布置8个钻场对顶板含水层水进行疏放，具体情况如表1、图2：4钻孔疏放水成果经疏放，共计疏放水量为176250.6m3，回采过程中，工作面涌水量为18.6m3/h，对工作面推采影响较小。各钻场疏放孔放水量汇总情况见表2.

3结论

（1）本次物探异常区范围内1、2、4、6、7号钻场疏放水量总计达到137852m3，K8砂岩含水层富水区与物探常区较为对应，物探异常区与K8砂岩含水层吻合率达到78.2%，成果较为可靠。但其余钻场位置处无物探异常范围显示，本次探测设计重点根据煤岩层高程变化进行了补充钻探设计，疏放水效果较为良好。（2）通过科学分析，针对性的开展顶板K8砂岩水疏放工作，有效解除了2306回采工作面顶板水患威胁，确保了回采工作的安全。由于导水裂隙带能够直接沟通顶板富水异常区，避免了回采过程中顶板水直接到达工作面，也保障了回采工作的安全文明生产。（3）针对顶板水疏放，应重点结合含水层物探异常及煤层顶板高程变化趋势，同时可以考虑增加第二种物探方式，提高物探探测的准确率，保障疏放水效果。

参考文献

[1]张磊.3上煤顶板砂岩水的疏放研究应用[J].山东工业技术,2017,9(93).

[2]曹丽晓.双柳煤矿胶带巷延伸段含水层放水试验研究[J].能源技术与管理,2017,8:91-92.

作者：刘磊 单位：晋能控股煤业集团长治有限公司