动态评价技术在孤岛工作面带压开采中的应用实践

王崇欣 郭振桥 杨 博

（河南大有能源义煤集团 新安煤矿，河南 洛阳 471842）

1 带压开采评价工作现状

自20 世纪80年代以来，淄博、焦作、永城、峰峰等煤田应用带压开采技术在解放受水害威胁的煤炭资源方面发挥了重要的作用。义煤集团新安煤田，在小浪底库区蓄水改变奥灰含水层动力条件的情况下，为了实现矿井的可持续发展，深部煤炭资源安全开发已经提到重要的议事日程上来，作为煤矿水害防治技术重要发展方向和深部煤炭资源技术支撑的带压开采评价技术面临新的发展机遇和严峻挑战。

目前，由于各矿区底板水害影响程度不同，煤炭企业软硬条件配置差异较大，对带压开采安全评价问题尚无法形成统一和明确的规范。近两年义煤常村矿推行了安全指数评价系统，促进了底板水害隐患的动态排查治理； 义煤集团公司安全评价体系及技术论证，重点从月度周期上对防治奥灰水进行了督促指导；永煤公司等大型煤炭企业已相继建立了自己的评价体系，较早摸索了防治底板太灰水的管理经验； 西安煤科院靳德武教授2005年发表了论文《带（水）压开采安全评价技术及其发展方向》，对全国煤炭行业中长期带压开采的安全评价工作进行了系统勾绘。作为新安井田投产最早的矿井，新安煤矿对12181 孤岛工作面带水压开采进行了防治水效果动态评价，对本井田水体下采煤以及条件类似的矿井防治水工作具有借鉴价值。

2 工作面水文地质条件

表1 二1 煤层底板岩层概况

新安煤矿主采二1 煤，矿井位于新安向斜北翼，为一平缓的单斜构造，地层倾向南东，倾角9～11°。12181 工作面位于12 采区下山西翼中部，走向长壁布置，上邻12161 工作面（未圈定），下邻12201 采空区；西邻12、14 采区下山隔离煤柱，东邻12 轨道下山保护煤柱。工作面地表无村庄及水体，地面标高平均+470m，工作面标高平均-1m，平均埋深471m，工作面切眼至停采线间面积71 896m2，平均5m，容重1.45t/m3，工业储量521 246t，回采率取93%，可采储量484 759t。该工作面水文地质条件极复杂，直接充水水源为顶板砂岩裂隙水，间接充水的底板奥陶系灰岩承压含水层对煤炭开采造成潜在危害。

奥灰距二 1 煤层底界43.77～74.50m，一般为53.76m，其中有两层主要隔水层阻止地下水进入矿井，属具有突水威胁的间接充水含水层。

12181 回风巷掘进期间揭露一条顶板正断层 （落差1.2m，倾角52°，无淋渗水），且上邻的12161 工作面回风巷（倾向相距115m）掘进期间，曾揭露底板小断层而导通奥灰水，突水量达4 250m3/h，造成淹井事故。淹井后，对突水点进行了注浆堵水，1996年4月开始排水复矿，1996年8月恢复生产，其上邻的12141 的剩余块段未再回采。

图1 12181 工作面四邻关系示意图

2011年以来小浪底库区高位蓄水，抬升了区域奥灰含水层的补给水头，进一步增加了奥灰突水概率。综合来看，该区地质构造较复杂，断层附近破碎带发育，孤岛工作面矿压显现，底板隐伏导水通道将严重影响该面带压开采。

3 采前评价

3.1 瞬变电磁初探

12181 工作面贯通后，对两巷及切眼进行了底板瞬变电磁勘探，共完成测线8 条，总长4 040m，物理点405 个，数据采集质量良好。

本次瞬变电磁勘探共发现1 个疑似奥灰水导升区（回风巷联口向里240～290m 范围）和1 个重度低阻异常区（运输巷联口向里300～360m 范围）。

图2 回风巷疑似奥灰水导升区

图3 运输巷重度低阻异常区

回风巷疑似奥灰水导升区： 顶界面局部已接近煤层底板20m 以浅，视电阻率值较低，呈现低阻异常。分析此处疑似奥灰水导升区断裂构造较发育，在奥灰水高压作用下，向上可能有一定程度导升，存在奥灰突水风险。

运输巷重度低阻异常区： 处于二1 煤层底板下50m 以深，其视电阻率值低。分析此处异常区位于奥灰层位，该区域岩溶裂隙较发育，可能富水性强。

3.2 钻探查异及注浆加固

针对上述两处瞬变电磁异常区，设计施工了两组共6 个底板钻孔，钻探查明了运输巷异常区底板承压水导升裂隙已发育至太原组L4 灰岩层位，局部突水系数达0.08Mpa/m，遇有隐伏断裂构造，具有突水危险性；钻探查明回风巷异常区底板铝土质泥岩隔水层不存在导水通道，局部突水系数最大0.042Mpa/m，属带压开采安全块段。

表2 12181 工作面采前钻孔成果表

从钻孔成果数据来看，工作面底板注浆加固可使该隔水层有效厚度达到50m，则隔水层承受水压最大2.6Mpa，突水系数最大0.052Mpa/m，可以达到带压开采的安全条件。异常区经两个钻孔注浆加固后，中间最后施工的钻孔涌水量相对减少，说明浆液对导水裂隙进行了有效的扩散充填。

图4 12181 工作面钻探查异钻孔平面成果图

3.3 复查评价

12181 工作面底板注浆加固结束后，对两巷进行了底板瞬变电磁复查，共完成测线4 条，总长2 400m，物理点241 个，数据采集质量良好。

本次瞬变电磁勘探成果显示探测区域岩层视电阻值普遍较高，未见明显低阻异常区域。

图5 回风巷复查剖面成果图

图6 运输巷复查剖面成果图

4 采中查异

4.1 瞬变电磁复探

12181 工作面回采了200m 时，又对两巷进行了底板瞬变电磁复查，完成测线2 条，物理点82 个，数据采集质量良好。发现运输巷联口向里200～240m 范围存在1 处异常区。为疑似奥灰水导升区，上下联通性较好，且异常区顶界面已接近或达到20m 以浅，视电阻率值偏低，呈现高度低阻异常。分析此处异常区在奥灰高水压作用下，奥灰水向上可能有一定程度导升，存在奥灰突水风险。

图7 12181 运输巷底板垂探剖面成果图

图8 12181 运输巷底板内帮45°探测剖面成果图

4.2 钻探查异及注浆加固

针对运输巷新发现的异常区，施工了3 个钻孔，验证了异常区存在奥灰水导升，并具有突水危险性。经过前两个钻孔注浆加固，9# 钻孔仅在奥灰顶界面附近揭露少量渗水，表明该异常区注浆效果明显，突水危险性已得到有效消减。

表3 采中钻孔成果表

5 收尾阶段

12181 回采至皮带巷口以里377m 时，发现回风巷联口以里80m 处底板渗水约0.1m3/h，且巷道压力越发显现，底鼓150mm。于是采取了停产打钻措施，10# 钻探揭露承压水导升裂隙发育至L7 灰岩层位，涌水量相对较大，计算该段底板突水系数达0.124Mpa/m，超过安全值，具备了突水危险性。

方位（°）俯角（°）孔深（m）见水孔深（m）见水垂深（m）涌水量(m3/h）水压（Mpa）注浆量(t) 注浆终压（Mpa）214 39.5 94.3 27 17 8 48 30.5 6 50 31.8 5 94 59.8 14 1.9 70 10

鉴于12181 工作面已回采形成孤岛煤柱，长期停产治理容易造成应力失稳破坏底板，不能维持底板注浆加固效果；相邻的12161 上巷突水点附近仍可能存在奥灰强径流条带，且综合考虑安全成本、打钻注浆成本，决定提前停产回撤。

6 后续工作

由于该采区水文地质条件较复杂，12181 工作面回撤后仍要加强水情监测，每周定期观测密闭墙放水管流量，防范滞后突水。

12181 运输巷联络巷段巷道低洼，为节省排水投入，建议在此低洼段向12 采区下山轨道巷施工俯角泄水孔，从而实现老空水自流排放。

底板奥灰承压水对孤岛工作面是威胁，但对矿井供水则是宝贵资源。在12 采区择址施工疏水降压钻孔，必将进一步消减采区滞后底板突水风险，也将变害为宝、弥补矿井经济效益。

同时，为确保万无一失，仍需在12 采区增设水害防范备灾物资，包括备用水泵、排水管路等。

7 结语

通过对12181 孤岛工作面进行动态的水害治理与评价，有效解放了28 万吨煤炭资源，确保了职工生命安全，避免了矿井财产损失。同时，获得了大量水文地质参数，实践创新了施工工艺，为以后带压开采动态评价工作积累了宝贵经验。

[1]张民庆等.注浆效果检查评定技术与应用实例[J].岩石力学与工程学报，2006，第25 卷增2.

[2]靳德武等.带（水）压开采安全评价技术及其发展方向[J].煤田地质与勘探，2005，第33 卷增刊.