北翼大巷过F（高长营孜）断层防治水方案研究

周海坤

摘 要：袁店二井煤矿F高长营孜正断层落差达500m，切割地层范围广，导致北翼大巷按原设计标高穿过该断层时将穿太原组灰岩。因此，研究北翼大巷过F高长营孜断层防治水方案，具有重要的实际应用意义。

关键词：断层；太灰水；防治水方案

1 概况

袁店二井煤矿位于安徽省濉溪县和涡阳县交界处曹市镇境内，东西长约10.9～13.3km，南北宽1.3～5.3km，面积约41.59km2。北翼三条大巷位于矿井井底车场北部，按设计巷道向前掘进将过F高长营孜正断层，见图1。F高长营孜断层走向北东-北，倾向北西-西，倾角55～65°，落差500m。北翼大巷直接穿过该断层时将穿太原组灰岩，极易发生突水事故。所以，必须先确定安全防隔水煤岩柱，然后探明断层的导水性、富水性以及水压力大小等参数，从而采取相应的防治水措施，保证三条大巷安全通过断层。

2 水文地质条件分析

该区域水文地质情况复杂，主要充水水源有煤系顶底板砂岩裂隙水、断层水，并受太原组灰岩水的威胁，分别如下：

2.1 煤系顶底板砂岩裂隙水

该区域煤系顶底板含水层富水性不均一，主要受构造裂隙发育程度的控制，局部地段由于构造裂隙发育，富水性较强，但其补给不足。

2.2 断层水

根据已施工巷道揭露断层情况分析，断层处大都比较破碎，且伴有出水现象。

2.3 太原组灰岩岩溶裂隙水

太原组灰岩含水层为承压含水层，主要以层间径流补给为主。太原组厚度132.40m，含石灰岩12层，总厚75m。由水文地质综合资料，1～4层灰岩累计厚度21.34m，通常视其为一个统一的含水层，q=0.230～0.683l/s.m，K=0.04756～1.814m/d，其富水性为中等。

3 安全防隔水煤岩柱确定

根据《煤矿防治水规定》要求，在巷道开挖至F高长营孜断层附近时（见图2），应该计算安全防隔水煤岩柱的宽度，下面分别求算煤岩层顺层煤岩柱宽度L和底板抗水压煤岩柱宽度Ha。

3.1 突水系数法计算

根据《煤矿防治水规定》，底板抗水压煤岩柱宽度Ha可按下列公式计算：

根据本矿04-07、07-9和09-观3孔对太原组一～四灰抽水试验资料：太灰静止水位标高16.41～19.23m，埋深约600m，所以取太灰水头压力p为6.2MPa。临界突水系数Ts取淮北地区经验值0.1 MPa/m。受F高长营孜断层影响，该区域裂隙发育，保护层厚度取20m。根据公式（1），求得底板抗水压煤岩柱宽度Ha为82m。

3.2 煤岩层顺层防水煤岩柱宽度求算

根据《煤矿防治水规定》，断层的煤岩层顺层防隔水煤岩柱的留设可参照下列经验公式计算：

根据本矿具体地质条件，各参数取值分别为：安全系数K取4.0，巷道高度M为4.6m，太灰水压p取6.2MPa。根据巷道顶底板岩石力学性质测试，采用加权平均法，取巷道岩石的抗拉强度Kp为0.23Mpa。根据公式（2），求得在断层附近开挖巷道顺层煤岩柱宽度L不应小于82.8m。

由于断层面与巷道掘进方向存在一定的夹角，为确保安全，按公式（1）计算结果Ha反算安全防隔水煤岩柱宽度L。根据钻孔资料，F高长营孜断层在北翼回风、北翼胶带、北翼轨道大巷的倾角α分别为37°、34°和33°，求得-535m标高的北翼回风大巷安全防隔水煤岩柱宽度为137m，在-560m标高的北翼轨道和北翼胶带大巷安全防隔水煤岩柱宽度分别为150.7m和146.7m，当巷道掘进至此位置须停头探查。

4 探查方案及结果分析

分析图纸资料可知，北翼三条大巷中北翼轨道大巷底板距离灰岩最为接近，属于突水危险系数最高的巷道，为了减少工作量，初步确定北翼轨道大巷作为探查代表工程。坚持物探超前的原则，首先在北翼轨道大巷施工瞬变电磁法进行探测，然后设计钻孔进行探放水和压水试验，探查F高长营孜断层的导水性、富水性以及水压力大小等参数。物探结果表明掘进前方及顶底板地层富水性较弱，仅局部存在低阻异常区域。为加强对F高长营孜断层的控制，在北翼轨道大巷施工四个钻孔，其中两个孔由于塌孔严重而报废，实际有效钻孔只有2个。根据探查结果，钻孔出水量均在0.3m3/h左右，水压1Mpa，水温28℃，且两孔在压水试验过程中透水率均不大，分别为0.027Lu和0.188Lu，表明在巷道顺层方向上，断层破碎带的裂隙较为发育，该处可划分为微透水，初步推测巷道前方F高长营孜断层富水性与导水性较弱，太灰水富水性较弱。

根据北翼轨道探查情况，掘进前方地层较为破碎塌孔严重，钻探工程难以继续，同时考虑到北翼回风大巷离太原组灰岩相对较远，掘进施工相对安全，采取以该巷为超前掘进巷，按照物探超前、边探边掘方式施工，不断探查F高长营孜断层的导水性、富水性以及水压力大小等参数。为此，在北翼回风大巷累计瞬变电法探测3次，设计施工探查钻孔12个，其中仅有两个孔出水稍大，最大出水量约6m3/h并逐渐减少，其它各孔出水量均小于0.5m3/h，测定太灰水压最大为4.7MPa，水温30℃。探查结果进一步证明，掘进区段F高长营孜断层富水性与导水性较弱，太灰水具有高水压、贫富水的特点。

5 结束语

通过采取物探、钻探、水文地质化验和现场压水试验等方法，查明了掘进前方F高长营孜断层导水、富水性较弱，太灰含水层具有高水压、贫富水的特点。根据实施的有效钻孔所揭示的断面和灰岩的空间位置关系，计算得出按原设计施工北翼轨道和北翼胶带大巷前方距灰岩法距少于防突水设计的安全距离，为确保安全通过该断层，建议调整施工方案，北翼轨道大巷采取拐弯施工至北翼回风大巷北侧后按原方位掘进，而北翼胶带大巷爬至与北翼回风大巷同标高施工，避开可能突水的位置。

参考文献

[1]国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[2]陈陆望，侯善军，等.袁店二井煤矿104采区大巷过F高长营孜断层防治水方案研究[R].2013.