关键词：顶板；富水砂岩含水层；快速疏放技术
0引言
近年来，随着煤炭资源的深部开采和矿井生产规模的扩大，煤层顶板水害问题日益凸显，针对顶板水害，最直接、最有效的治理方法是采前预疏放，因此，顶板砂岩水预疏放已成为富水含水层下煤层开采的必要工作。
1矿井水文地质概况
泊矿位于鄂尔多斯盆地北部，含煤地层为侏罗系地层，含可采煤层6层，其中侏罗系中下统延安组的3-1煤为矿井主采煤层，煤厚可采厚度0.87-7.59m，平均4.2m。矿井地质类型、水文地质类型均为中等类型。
根据勘探资料，井田自上而下主要含水层为：第四系（Q）松散潜水含水层、白垩系下统志丹群（K1zh）孔隙~裂隙潜水~承压含水层、侏罗系中统（J2）碎屑岩类裂隙承压水含水层、侏罗系中下统延安组（J1-2y）碎屑岩类承压水含水层等。其中侏罗系中统地层厚度171.41~353.86m，平均266.67m，上部主要以砂质泥岩和粉砂岩为主，泥质含量较高，中下部以巨厚中粗粒砂岩为主，为侏罗系中统主要含水层段。
根据地面“上三带”探查孔资料，采后导水裂隙带发育至侏罗系中统含水层，侏罗系中统（J2）碎屑岩类裂隙承压水含水层将通过导水裂缝带进入工作面，成为矿井主要充水含水层。
2顶板砂岩水疏放工作现状
为消除顶板侏罗系中统砂岩水害威胁，泊矿采取了“采前疏放、效果评价、达标开采”的防治水技术路线，以工作面为单元，在顺槽掘进期间同步施工疏放水钻孔，钻孔垂直巷道分散布置，孔间距50-150m。在放水过程中，随着疏放水钻孔的增加和疏放时间的延续，疏放水量与含水层动态补给量之间达到动态平衡后，含水层水位很难继续下降。对含水层富水性弱的区段，含水层侧向补给量小，水位下降较快，含水层处于低水位动态平衡，顶板残余水头对工作面回采影响不大。而对于相对富水区段，含水层侧向补给量大，水位下降缓慢，含水层处于高水位动态平衡，对工作面安全回采影响较大。
3顶板砂岩水快速疏放技术实践
泊矿顶板疏放水工程自2012年12月开始，截至2018年6月，已基本完成3个工作面顶板水的疏放，根据疏放水资料，泊矿侏罗系中统砂岩总体富水性弱。首采面及其相邻接替工作面放水过程中疏放水钻孔水量小，衰减快，工作面回采期间顶板无明显出水现象，113106工作面对应顶板范围内砂岩富水性相对较强，疏放水钻孔水量大（单孔最大水量115m3/h），衰减慢，采取疏放措施后，含水层处于高水位动态平衡（1.0Mpa左右），为进一步疏降含水层水位，考虑可采取增加钻孔数量和截流疏放两种方式，而要通过增加钻孔量来保持放水量的稳定，防治水工程量大，放水时间长，因此优先采取截流疏放技术，切断或减少含水层动态补给水源。
3.1含水层径流条件分析
截流疏放技术实施的关键是通过含水层补、径、排条件的分析，从而掌握地下水补、径、排方向。根据区域水文地质资料，侏罗系中统砂岩孔隙裂隙水受区域地形和水文系统等因素控制，原生地下水流从井田东南方向侧向流入，西北方向侧向流出。
受井下疏放水影响后，含水层局部径流条件变化。为分析受疏放水影响情况下的含水层补给条件，2012年6月至2016年10月先后在井田先期开采范围内设计施工了7个水文长观孔（如图1），动态掌握侏罗系中统砂岩含水层水位变化。长观孔水位观测资料显示，随着侏罗系中统疏放水工作的开展，侏罗系中统含水层水位持续下降，形成了以疏放区域为中心的降落漏斗并持续扩大，但由于地层物性差异，含水层补给、径流各向异性，降落漏斗呈椭圆形发育（如图1），发育方向以北西向为主，根据降落漏斗发育形态分析，降落漏斗发育主方向即为水源动态补给主要方向，即井下疏放水过程中动态补给水源主要来源为北西向。
3.2放水钻孔设计
为验证截流疏放技术的可行性和截流疏放效果，利用井下现有巷道，在水源主要补给方向每80m布置1个截流钻孔，钻孔终孔层位为煤层顶板上约120m，孔深138m，共设计截流钻孔1518m/11个，钻孔布置如图2。
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4疏放效果分析
截流钻孔自2018年3月24日开始施工，至5月6日施工结束，累计进尺1540m/11孔，钻孔单孔水量12.2—45m3/h，截流钻孔施工的同时，工作面内放水钻孔同步施工，期间工作面总疏放水量和含水层水压变化情况分别见图3。.png)
根据图3分析，在采取截流措施前，工作面疏放水量受新施工钻孔影响较大，在放水钻孔不增加的情况下，疏放水量逐渐下降并趋于稳定，含水层水位基本稳定。随着疏放水钻孔数量的增加，工作面涌水量逐渐增大、含水层水位略有下降并逐渐趋于稳定。截流钻孔施工后，工作面疏放水量受新施工钻孔（面内）影响，表现出一定的波动性，但总体呈衰减趋势。含水层水位出现了较为明显的下降趋势，但由于截流钻孔仅切断了部分水源补给，随着含水层的持续疏放，疏放与补给间重新达到动态平衡，含水层水位又重新趋于稳定。
5 结论及建议
5.1 结论
1）对强径流条件下的顶板砂岩水，采取截流疏放措施，可实现含水层的高效快速疏放。
2）本次截流疏放实践，利用井下现有巷道施工截流钻孔，取得了一定的效果，但受井下采掘空间制约，截流钻孔仅切断了部分水源补给，未能达到充分疏放的效果。
5.2 建议
1）根据含水层补给、径流方向，截流钻孔应以垂直径流方向布置为主。
2）统筹考虑采场接替与疏放水工作的关系，在水源补给上游方向超前施工巷道并开展疏放水工作，实现“上游放水、下游开采”。
3）考虑施工顺层钻孔，充分利用顺层孔长距离钻进的优势，增大截流断面，进一步切断含水层水源补给，以达到疏干开采的目的。
参考文献：
[1]尹庆国.高承压顶板砂岩含水层快速疏放水技术研究,山东煤炭科技，2017年11期.
论文作者:菅红卫
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第19期
论文发表时间:2020/3/16
标签：含水层论文; 钻孔论文; 侏罗系论文; 顶板论文; 砂岩论文; 工作面论文; 中统论文; 《科学与技术》2019年第19期论文;