矿井煤底板岩溶水水害防治可行性初探

　　摘要：张集煤矿A组实现安全开采，需对底板岩溶水害进行防治。

　　关键词：煤底板  岩溶水 水害防治

　　0 引言

　　张集煤矿A组煤底板岩溶水水害防治地面钻探工程是淮南矿区潘谢新区首次进行的一次规模较大的灰岩水文地质地面勘探,该项工程基本查明了太原组、奥陶系地层的岩性组合和厚度特征，以及1煤底板隔水层的岩性、厚度和物理力学性质，对灰岩富水性的非均一性有了基本了解，建立了矿井太原组C3Ⅰ、C3Ⅱ、C3Ⅲ组灰岩和奥灰含水层的水位动态观测网。

　　A组煤含1、2、3煤三层，本井田2煤、3煤缺失。1煤厚度0-10.35m，平均6.99m。1煤底板隔水层厚度14.80～21.90m，平均17.67m；受构造影响地段，厚度仅为1.75～8.07m，平均5.72m。第一水平标高-600m，灰岩水头压力6.25～6.1Mpa，向深部增大。具有开采煤层厚度大、底板隔水层厚度小、 灰岩水头压力大的特点，因此实现1煤安全开采，必须对底板岩溶水害进行有效防治。

　　1 不利条件

　　1.1 区内的西三采区已发现一疑似陷落柱。谢桥矿2#岩溶陷落带探测资料和东风井-440m回风道第二次注浆堵水工程资料表明：即使发育到1煤至8煤中的岩溶陷落带内不含(导)水，但是在影响带内，水文地质条件复杂,高角度裂隙易导水。 

　　1.2 灰岩水头压力大。在水压≥6Mpa条件下开展岩溶水害防治井下工程，两淮矿区尚少先例，难度很大。

　　1.3 底板隔水层厚度小。淮北、皖北矿区，开采煤层距太原组灰岩50m左右，而本区1煤底板隔水层厚度仅为18m左右。

　　1.4 突水系数大。据淮南矿区老区A组煤安全开采的成功经验，突水系数即每米底板隔水层厚度所承受的最大水压值为0.05Mpa。按本区1煤底板隔水层厚度平均为17.67m计算，每米隔水层实际承受的水压值为≥0.345MPa。

　　1.5 疏水降压难度大。矿井-600m水平灰岩水头压力6.1Mpa左右，安全水头值为0.884Mpa。若达到安全水头值，需降压5.216Mpa。

　　本期地面钻探工程揭露灰岩的10个钻孔，有2个孔穿过太灰、奥灰见寒灰，1个孔穿过太灰见奥灰，1个孔揭露C31-11层灰岩，2个孔揭露C31-9层灰岩，3个孔揭露C31-5层灰岩，1个孔揭露C31-3下层灰岩，均未见溶蚀现象和漏水，抽水时最大涌水量仅为0.29m3/h。10个钻孔分布在间距410～1040m的6个不同地段，足见灰岩岩溶发育和富水性极不均一，给合理布置井下灰岩放水钻探工程以取得较好的疏水降压效果带来很大的困难。

　　1.6 矿井地处陈桥背斜的东南倾伏端，地层走向呈不完整的弧形转折，北向西、东西向两组断层较发育，构造复杂程度属于中等。部分断层切割煤系及灰岩地层，使1煤底板隔水层的连续性及稳定性受到破坏，在采动矿压和水压的综合作用下，可能成为导水通道。

　　1.7 1煤平均厚度为6.99m，属单一厚煤层。若一次采全高，底板破坏深度会比中厚煤层开采增大。

　　2 有利因素

　　2.1 灰岩岩溶发育程度和富水性向深部减弱，是岩溶含水层的区域性规律；已有资料表明：本区及相邻矿井亦具有与此相同的规律。谢桥矿2＃岩溶陷落柱带探测工程奥灰、寒灰深部岩溶发育、富水性较强，是岩溶陷落影响带的结果，并不具有普遍性。

　　矿井第一水平标高-600m，深度较大，分析认为：灰岩富水性会趋于减弱。

　　2.2 谢桥矿东风井及-440m水平回风道突水，造成区域太灰、奥灰、寒灰水位下降，具有补给量不丰富，储存量消耗的特征。

　　2.3 谢桥矿-440m水平回风道突水点涌水量在1995年9月第一次注浆堵水工程结束时为344.50m3/h，2005年平均为280.78m3/h,减少了63.72m3/h，即涌水量随时间延长有所衰减，补给量与排泄量逐渐趋于平衡。第二次堵水过程中，突水点涌水量渐小，2006年8月1日-3日平均为200.66m3/h，同年7月30日，距东风井315m的K4孔（C31-4层灰岩）水位埋深降至228.80m，标高约为-202.50m；表明在有奥灰水补给的条件下，疏水依然能使C3Ⅰ组灰岩有较好的降压效果。

　　2.4 C3Ⅰ组灰岩是1煤开采可能造成直接充水的含水层组，含水小、局部中等。该组灰岩中，以C33上 、C33下厚度较大，富水性相对较强。据已有资料，1煤底板距C33上层灰岩26.00~35.60m，平均为27.54m。C31层灰岩富水性微弱，C32层灰岩赋存不稳定，可以作为相对隔水层来利用。

　　2.5 岩溶含水层上缓倾斜煤层安全开采，国内外已有大量成功实例，淮南矿区老区亦有很多研究成果和实践经验，其中包括：①在受大气降水补给、局部受奥灰水补给的条件下，对C3Ⅰ组灰岩疏水降压到安全水头值，未发生过底板灰岩突水事故。②谢一矿在-480、-567、-660m水平将巷道直接布置在C31层灰岩中，取得了疏水截流的效果。③原谢二矿采用钻孔和巷道疏水相结合的方法，在-660m水平灰岩放水孔涌水量小，疏水效果差的情况下，施工放水石门穿过C31、 C32层灰岩并揭露C33上层灰岩，涌水量80.00m3/h，取得了良好的降压和安全开采效果。

　　3 基本成果

　　矿井北接顾桥矿南部“X”共轭剪切构造异常区即有争议的新构造或疑似岩溶陷落带，西邻谢桥矿-440m回风道底板灰岩突水区和1#、2#实见岩溶陷落带（柱），区内亦已发现有疑似岩溶陷落柱。

　　潘谢新区及相邻的新集矿开发建设以来，尚未实施灰岩疏水降压工程。灰岩地下水位下降，主要是谢桥矿东风井和-440m回风道突水、灰岩地下水补给排泄和补给量不丰富、储存量消耗的结果。通过对谢桥矿东风井-440m回风道突水第二次注浆堵水工程的水位动态观测资料，2#岩溶陷落带XLZ3孔奥灰、寒灰段抽水、C3-Ⅰ组灰岩观测孔水位下降资料和顾桥井田水34、水16孔C31-4层灰岩抽水，C3-Ⅲ组灰岩、奥灰观测孔水位下降的资料综合分析认为：各层组灰岩间存在着水力联系，底部灰岩水补给C3-Ⅰ组灰岩。

　　据已有资料初步分析，井田灰岩水文地质边界条件为：北西部即灰岩露头区，分布有厚度较大的新生界“中隔”，为相对隔水边界；井田北部，F215断层造至太原组与上盘煤系地层相对接，但F109断层又造至1煤及底板太灰与下盘奥灰相对接，总体为给水边界；井田西部与谢桥矿相邻，为给水边界。

　　类比谢桥矿东风井-440m回风道突水量为矿井-600m水平灰岩涌水量初步预计结果，即正常涌水量为430m3/h，最大涌水量为642m3/h。

　　矿井A组煤开采，既具有采厚、采深大，底板隔水层厚度小，灰岩水头压力大的不利条件，又具有灰岩含水层补给量不丰富、C3-Ⅰ组灰岩含水小～中等、富水性不均一并会向深部减弱、疏水能够达到降压效果等有利因素。

　　综合分析认为：矿井A组煤底板岩溶水水害防治具有可行性。采用对C3-Ⅰ组灰岩疏水降压到安全水头值，并辅以局部注浆封堵导水通道的综合技术，能够实现A组煤的安全开采。

　　4 建议

　　4.1 本期地面钻探工程钻孔抽水水量很小，表明灰岩富水性不均一而并非贫水。矿井地处陈桥背斜的东南倾伏端，断裂系统显示出背斜在褶皱隆起过程中的张裂性质，据此分析，灰岩岩溶裂隙应较发育。

　　勘探阶段钻孔穿过断点85个均未发现严重漏水现象，水209对F209断层抽水无水，但切割1煤及其底板灰岩的断层导阻水性尚未查明。

　　C3-Ⅰ组灰岩与底部灰岩间存在着水力联系，但矿井范围内的水力联系通道即补给途径不清。

　　1煤底板隔水层厚度、岩性在六线以西已得到控制，六线以东控制程度差；矿井北东部存在着构造变薄区，表明其厚度分布受构造影响而变化较大。

　　因此建议抓紧进行矿井A组煤底板岩溶水水害防治井下勘探工程，采用物探、钻探、水文试验相结合的方法，利用井下灰岩放水孔可以长历时、大流量疏水的优势，进一步查明C3-Ⅰ组灰岩的富水性和迳流、补给特征，查明断层的导阻水性和C3-Ⅰ组灰岩与底部灰岩间的水力联系通道，加密1煤底板隔水层的厚度控制。

　　4.2 灰岩露头区钻孔很少，新生界尤其是新生界“三隔”和红层勘探程度不足，建议适当补钻以加密控制。

　　4.3 类比谢桥矿东风井-440m回风道突水量作为矿井-600m水平灰岩涌水量，仅为初步预计结果。矿井灰岩涌水量的最终予计，宜待今后进行井下灰岩放水试验后进行。

　　4.4 岩溶陷落柱突水是煤矿安全生产最严重的水害威胁。到目前为止，相邻的谢桥矿已实见两个岩溶陷落柱（带），顾桥矿已发现两条带状构造异常体（是否为疑似岩溶陷落带，尚有争议），区内亦已发现1个隐伏疑似陷落柱。

　　因此，建议进行疑似岩溶陷落柱的探查验证，加强井田岩溶陷落柱的探测和排查工作。