煤矿导水构造探测与防治技术研究

赵磊磊

（山西凌志达煤业有限公司，山西 山西 046600）

水害作为煤矿五大自然灾害之一，时刻都在影响着矿井正常生产和矿井现场作业人员的人身安全。因此，做好矿井防治水工作一直以来都是矿井安全生产管理的重要工作［1］。特别是掘进工作面，导水构造极易产生大量涌水，严重威胁着井下作业安全，必须采用各类探测手段对掘进工作面的导水构造进行分析判断，并在此基础上制定科学合理的排放水措施［2］。

1 掘进工作面基本情况

凌志达煤业矿井田东西、南北分别长为12 km、3.6 km，面积43.03 km2，核定生产能力3.60 Mt/a，属高瓦斯矿井。主采煤层为2#、3#、8#、9#煤层。

48407 综采工作面位于该矿南四采区，东部与南四轨道巷相邻，南北分别与已回采的48409 工作面和48405 工作面相邻，西部与南四尾巷相邻。工作面开采8#煤层，其下部的9#煤层尚未开采，上部3#与8#煤层间距30.67～41.62 m，平均36.83 m。8#煤层煤厚2.09～3.50 m，平均2.86 m； 煤层倾角2°～11°，平均5°；工作面标高+1 054～+1 127 m。48407 工作面顶底板情况见表1。

表1 48407 工作面顶底板情况

48407 综采工作面采用一进一回形式，布置皮带巷和轨道巷。皮带巷长度为1877 m，承担工作面皮带出煤、回风等任务；轨道巷长度为1 847 m，承担工作面进设备材料、进风等任务；切眼长度为186 m，由西向东推进，主要用于48407 工作面采煤设备安装。皮带巷、轨道巷均为铁棚支护，棚梁和棚腿的尺寸均为3.4 m，棚距均为0.8 m。

2 掘进工作面水文地质情况

2.1 含水层分析

48407 工作面地面位于冀家沟，由南向北穿过工作面中东部地表，沟底与8#煤层间距168 m，井田范围内接近地表有3 m厚的岩性为砾石的孔隙水含水层，其单位涌水量0.002 2～0.047 2 L/s·m，渗透系数5.88 m/d，富水性较弱。

K3砂岩裂隙水含水层水位标高+1 142 m，厚度为4.5 m左右，厚度较大，位于3#与8#煤层之间。其单位涌水量0.004 1～1.215 L/s·m，渗透系数0.075 8 m/d，为8#煤层开采时的主要充水水源。

奥灰水含水层水位标高+986 m，厚度较大，位于8#煤层之下，其单位涌水量0.006 1～5.316 L/s·m，渗透系数0～10.851 m/d。

2.2 隔水层分析

井田范围内有两层主要隔水层，分别位于山西组底部和太原组中部。山西组底部隔水层位于8#煤层上部，与8#煤层平均距离10.75 m，平均厚度6.13 m，岩性为砂质泥岩、泥岩等，具有较好的稳定性和隔水性，是8#煤层的主要隔水层。太原组中部隔水层位于8#煤层下部，与8#煤层平均距离38.46 m，平均厚度15.12 m，岩性为砂质泥岩、泥岩等，可以减弱各含水层之间的水力联系。

3 导水构造探测

煤矿断层、无炭柱等地质构造在开掘作业和回采作业后，易受应力作用形成导水通道出现涌水事故。根据48407 工作面上覆3#煤层工作面回采情况来看，48407 工作面轨道巷掘进时所遇断层、无炭柱等地质构造具有潜在的导水性。因此，本次研究采用物探、钻孔等探测手段，对48407 工作面轨道巷掘进时所遇断层、无炭柱等潜在的导水构造情况进行探测分析。

3.1 瞬变电磁探测

在48407 工作面轨道巷掘进前，采用地面瞬变电磁法进行导水构造探测，瞬变电磁探测结果见图1。

图1 瞬变电磁探测结果

对图1 进行分析可以得出，48407 工作面轨道巷掘进前方的F12断层和X1 无炭柱电阻率较小，地质构造富水性较强，推测其水源主要为山西组K3砂岩裂隙水含水层。

3.2 水文地质钻孔探测

在48407 工作面轨道巷掘进期间，对前方的F12断层和X1 无炭柱进行水文地质钻孔探测，见图2。对F12断层分别施工3 个钻孔（1 号钻孔方位角73°，孔深51 m；2 号钻孔方位角107°，孔深53 m；3 号钻孔方位角143°，孔深52 m）；对X1 无炭柱分别施工3 个钻孔（4 号钻孔方位角105°，孔深110 m；5号钻孔方位角122°，孔深115 m；6 号钻孔方位角140°，孔深118 m）。

图2 水文地质探测钻孔布置

在各个水文地质钻孔施工过程当中，1 号、2 号和3 号钻孔不同程度地出现了涌水现象；4 号、5 号和6 号钻孔几乎无涌水。对钻孔涌水取样化验，将其与各个含水层水样水质进行对比，得出涌水水源为山西组K3砂岩裂隙水含水层。

3.3 导水构造分析

X1 无炭柱导水性能较差；F12断层具有裂隙导水作用，使掘进工作面与山西组K3砂岩裂隙水含水层存在水力联系。因此，在瞬变电磁探测时电阻率较小区域，水文地质钻孔探测出现涌水。

4 防治水技术

根据导水构造探测结果，山西组K3砂岩含水层的裂隙水水量较小、补给较差，水量约0.2～0.4 L/s，且山西组底部具有较厚且较稳定的隔水层。

48407 工作面掘进轨道巷防治水，直线距F12断层至30 m处停止掘进，迎头布置3 个直径为50 mm的排放水钻孔，并将阀门安设于排放水钻孔孔口处，控制排放水水量大小。在巷道内施工两个临时水仓，水仓内布置7.5 kW潜水泵，保证井下排水管管路畅通。为保证排水供电系统的稳定，将原排水供电系统改造为双回路供电系统。

3 个排水孔排放水工作历时10 天左右，整体上排放水比较平稳顺利，累计排放水量达2.1×105m3，至最后3 个排放水钻孔均无水排出。排水后，48407 工作面轨道巷向前掘进，依次揭露F12断层和X1 无炭柱。F12断层实际落差8.3 m，并伴生许多落差在1 m左右的较小断层，X1 无炭柱的长轴7.5 m，短轴5.9 m。在掘进经过上述两个地质构造时，均无淋水、涌水现象。

5 结语

在48407 工作面轨道巷掘进工作面的防治水工作中，针对导水构造等地质情况，采用物探、钻孔等探测手段，对掘进工作面遇到的导水构造进行分析判断，并在此基础上制定科学合理的排放水措施。保证了掘进工作面的掘进效率和作业安全，为该矿其他掘进工作面的防治水工作提供了借鉴。