李林
安徽省淮北矿业集团股份有限公司临涣煤矿地测科
摘要：灰岩水的治理在矿井生产中是个常见的议题，灰岩水对矿井安全影响巨大，如若治理不好，小则停头、停面，大则淹水平、淹井，对于高承压、弱富水性且富水性不均匀区域，治理难度较大，尤其是在富水性异常区的寻找上难度较大。我矿10煤煤质、煤种较好，经济效益较为突出，但在开采过程中面临灰岩水的治理问题，在长期的与自然斗争的过程中总结了一套成熟的防治水方案。
关键词：灰岩水、高承压、弱富水性
矿山水害是仅次于瓦斯爆炸的重大灾害事故，其造成的人员伤亡、经济损失一直居各类矿难之首，且在煤矿重、特大事故中所占比重较大[1]。对于灰岩出水造成的水害由为突出，2013年2月3日，淮北煤田桃园煤矿1035工作面切眼隐伏陷落柱突水29000m3/h，1988年10月杨庄煤矿Ⅱ617工作面发生底板突水，水量3153m3/h，造成二水平被淹。1996年3月4日，任楼煤矿7222工作面曾因陷落柱导水发生特大突水灾害，瞬时突水量达34570 m3/h，造成矿井被淹。随着矿井浅部资源的枯竭，开采深度的增加，矿井地质及水文地质条件越来越复杂，灰岩水害隐患越来越严重，使得水害的治理难度越来越大，煤矿灰岩水水害己成为影响煤矿安全生产的重大关键难题之一。
一、矿井地质及水文地质概况
1.矿井地质概况
临涣煤矿总体构造形态为一走向近东西，呈“Ｓ”形向北倾斜的单斜构造，区内构造的主要特点是张性断裂及次级褶曲发育，地质构造复杂程度为中等类型。共10个含煤地层，主采煤层为7、8、9、10煤。
2.矿井水文地质概况
临涣矿水文地质属淮北煤田水文地质Ⅰ区（南区）的一部分。水文地质条件受四周的大断裂所控制，形成网格状水文地质单元。根据区域地层岩性的含水条件、含水赋存空间分布，可划分为新生界松散层孔隙含水层（组）、二叠系主采煤层砂岩裂隙含水层（段）和太原组及奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）。主采煤层地层关系及含水层的关系，见下图1。
（1）10煤底板至太原组第一层石灰岩顶之间隔水层（段）
岩性主要为泥岩和粉砂岩，夹1～2层中、细砂岩，局部有砂泥岩互层。
10煤底板至一灰顶部间距为34.4～81.14m，平均54.30m，上部为砂岩、泥岩互层，下部为泥岩、粉砂岩，间夹少量中、细砂岩，岩性致密，岩芯完好，一般隔水性能较好。但在局部地带，由于断层影响，该段岩层厚度减小。
（2）太原组岩溶裂隙含水层（段）
太原组总厚 122.22～144.01m，其中夹石灰岩9层，根据井田内部水文孔及井下施工的灰探放水孔，06-水1孔抽水试验， q＝0.009L/(s·m)， k＝0.042m/d；85-03孔抽水试验，最大降深时q＝0.055L/(s·m)，q91＝0.056578L/(s·m) ，k＝0.0438m/d；2014-观1孔抽水试验，q＝0.34L/(s·m)，k＝0.011m/d；2015-观1孔抽水试验， q＝0.135L/(s·m)， k＝0.585m/d；2016-观1孔抽水实验q=0.0013L/s·m，k＝0.0054m/d；2017-观1孔抽水实验q=0.01824L/s·m，k＝0.0007m/d。总体看富水性弱，但不排除局部富水较强的可能。太灰岩溶发育程度无论横向还是垂向上均表现出不均一性，垂向上三、四灰高于一、二灰，浅部灰岩赋水性强于深部；横向上发育无规律，富水性极不均一，表现在地面太灰长观孔水位相差较大，井下太灰探查孔出水量悬殊较大，富水性差异较大，具有高承压、弱富水性且不均一的特征。
（3）本溪组铝质泥岩隔水层（段）
矿井内2013-观2孔、2016-观3孔完全揭露本组厚度6.62-8.16m，平均为7.39m。岩性浅灰-灰白色，块状，含较多铝质，贝壳状断口，见少量菱铁鲕粒，具滑腻感，质不纯，隔水性较好。
（4）奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）
矿井内039、2013-观2孔、2016-观3揭露奥陶系石灰岩，揭露厚度27.90～153.1m，岩性为灰～浅灰色，中厚～巨厚层豹皮状白云质灰岩及石灰岩，细晶质结构，方解石自形程度较高。据2013-观2注水试验资料，q＝0.0095L/(s·m)；2016-观3抽水试验q＝0.0033L/(s·m)， k＝0.00167m/d，奥灰含水层赋水性较弱，但不排除局部赋水性较强的可能性。
二、治理灰岩水的方法及步骤
1.治理灰岩水的思路
对于太灰水的治理，首先要查明太灰与奥灰水的水力联系，切断奥灰水与太灰水的沟通。其次本着太灰水具有可疏性理念，坚持区域疏降和零压开采的措施。针对临涣煤矿太灰水的高承压、弱富水性且不均一的特征，在治理灰岩水的过程中，牢固树立“工程用上去，灾害降下来”的理念，坚持“先治水达标后掘采，治水不达标坚决不掘采”的原则，采用“物探+钻探”对灰岩水进行疏干的手段，最终实现“零压或弱压”开采的目的。
2.治理灰岩水工作的八步走
（1）采区设计前查明目标做到有的放矢
采区设计前完成三维地震勘探全覆盖，查明（疑似）陷落柱、物探异常体及大中型断层构造发育，找出切割至奥灰的大中型断层情况建立台帐并标注在采掘工程平面图上。
（2）采区开拓前进行地面超前治理、井上下联合验证
对（疑似）陷落柱、物探异常体及大中型断层构造进行地面超前治理，井上下联合验证，并评价定性。对探明确定的陷落柱按规定留设防水煤柱，采掘活动严禁进入。
（3）利用水文观测系统及放水实验进一步查明采区水文地质条件
采区开拓过程中，地面水文观测孔一般布置1-3个灰岩观测孔及1-2个奥灰观测孔，形成水文观测网并建立水文动态观测系统。随着采区的开拓完成采区放水实验，进一步查明采区水文地质条件及太灰水与奥灰水水力联系。
（4）采区区域疏降
在采区开拓阶段，针对太灰水高承压、富水性不均一的特点，合理布置钻孔，对采区太灰水进行采区区域疏降，一般要求钻孔布置要合理，在实际工作中寻求钻孔靶心(即富水异常区)是难点。采区面积大、范围较广、空间受限、物探无法满足要求，在进行靶心选择时，根据多年来我矿对灰岩水疏放的经验，一般在以下区域内灰岩富水性异常：
①断层附近
②构造应力比较集中区域
③煤厚变化较大的区域
④岩浆岩侵蚀区域
⑤褶曲发育的区域，一般在褶曲的轴部和两翼地段
⑥瓦斯赋存异常地段
（5）局部三维地震资料再应用
工作面掘进前按30×30网格对工作面内部切三维地震时间剖面，进一步分析隐伏构造及太灰、奥水顶界面发育形态。
（6）工作面区域疏降
随着工作面两巷道的延伸对三维地震时间剖面存疑地域进行钻探验证，同时在机、风巷均匀布置钻孔，对工作面内底板进行局部区域疏降。在布置钻孔期间要在断层附近、构造应力比较集中、煤厚变化较大、岩浆岩侵蚀、褶曲发育及瓦斯异常的区域进行增补钻孔。
（7）“物探+钻探”再验证
工作面形成后通过坑透或槽波、音频电透视探测，进一步查明工作面内部隐伏构造、底板低阻值异常情况同时对工作面内物探异常区进行钻探验证。一般情况下根据为矿地质条件复杂情况，10煤工作面在我矿选择槽波的方式查明内部隐伏构造。
（8）开采安全可行性评价
根据上述步骤中施工实际情况及查明的采区内水文地质情况，按照《煤矿安全规程》及《煤矿防治水规定》，采用公式T=P/M对突水系数进行计算，底板受构造破坏块段突水系数不大于0.06MPa/m,正常块段不大于0.10MPa/m[2]可以进行安全回采，同时编制完成工作面开采安全性评价报告、隔水层厚度等值线图、水压等值线图及防治水工程成果图；最后在实际工作中根据生产揭露及时修改调整为后期工作提供依据。
三、总结及成果
我矿根据以上步骤对灰岩水进行治理，己成功开采1049工作面、Ⅱ1022工作面、1021工作面、Ⅱ1021工作面、Ⅱ1032工作面等10煤工作面，回采10煤资源约300万吨，在回采过程中未出现工作面涌水异常现象，给矿上带来了巨大的经济效益。
参考文献：
[1]姚多喜 鲁海峰《安徽省煤矿水文地质及水害防治技术》.[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2016.10
[2]《煤矿防治水规定》.[S].北京：煤炭工业出版社，2009.
论文作者:李林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/5
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