摘要：張集煤礦A組實現(xiàn)安全開采，需對底板巖溶水害進行防治。
關鍵詞：煤底板 巖溶水 水害防治
0 引言
張集煤礦A組煤底板巖溶水水害防治地面鉆探工程是淮南礦區(qū)潘謝新區(qū)首次進行的一次規(guī)模較大的灰?guī)r水文地質(zhì)地面勘探,該項工程基本查明了太原組、奧陶系地層的巖性組合和厚度特征，以及1煤底板隔水層的巖性、厚度和物理力學性質(zhì)，對灰?guī)r富水性的非均一性有了基本了解，建立了礦井太原組C3Ⅰ、C3Ⅱ、C3Ⅲ組灰?guī)r和奧灰含水層的水位動態(tài)觀測網(wǎng)。
A組煤含1、2、3煤三層，本井田2煤、3煤缺失。1煤厚度0-10.35m，平均6.99m。1煤底板隔水層厚度14.80～21.90m，平均17.67m；受構(gòu)造影響地段，厚度僅為1.75～8.07m，平均5.72m。第一水平標高-600m，灰?guī)r水頭壓力6.25～6.1Mpa，向深部增大。具有開采煤層厚度大、底板隔水層厚度小、 灰?guī)r水頭壓力大的特點，因此實現(xiàn)1煤安全開采，必須對底板巖溶水害進行有效防治。
1 不利條件
1.1 區(qū)內(nèi)的西三采區(qū)已發(fā)現(xiàn)一疑似陷落柱。謝橋礦2#巖溶陷落帶探測資料和東風井-440m回風道第二次注漿堵水工程資料表明：即使發(fā)育到1煤至8煤中的巖溶陷落帶內(nèi)不含(導)水，但是在影響帶內(nèi)，水文地質(zhì)條件復雜,高角度裂隙易導水。
1.2 灰?guī)r水頭壓力大。在水壓≥6Mpa條件下開展巖溶水害防治井下工程，兩淮礦區(qū)尚少先例，難度很大。
1.3 底板隔水層厚度小�；幢�、皖北礦區(qū)，開采煤層距太原組灰?guī)r50m左右，而本區(qū)1煤底板隔水層厚度僅為18m左右。
1.4 突水系數(shù)大。據(jù)淮南礦區(qū)老區(qū)A組煤安全開采的成功經(jīng)驗，突水系數(shù)即每米底板隔水層厚度所承受的最大水壓值為0.05Mpa。按本區(qū)1煤底板隔水層厚度平均為17.67m計算，每米隔水層實際承受的水壓值為≥0.345MPa。
1.5 疏水降壓難度大。礦井-600m水平灰?guī)r水頭壓力6.1Mpa左右，安全水頭值為0.884Mpa。若達到安全水頭值，需降壓5.216Mpa。
本期地面鉆探工程揭露灰?guī)r的10個鉆孔，有2個孔穿過太灰、奧灰見寒灰，1個孔穿過太灰見奧灰，1個孔揭露C31-11層灰?guī)r，2個孔揭露C31-9層灰?guī)r，3個孔揭露C31-5層灰?guī)r，1個孔揭露C31-3下層灰?guī)r，均未見溶蝕現(xiàn)象和漏水，抽水時最大涌水量僅為0.29m3/h。10個鉆孔分布在間距410～1040m的6個不同地段，足見灰?guī)r巖溶發(fā)育和富水性極不均一，給合理布置井下灰?guī)r放水鉆探工程以取得較好的疏水降壓效果帶來很大的困難。
1.6 礦井地處陳橋背斜的東南傾伏端，地層走向呈不完整的弧形轉(zhuǎn)折，北向西、東西向兩組斷層較發(fā)育，構(gòu)造復雜程度屬于中等。部分斷層切割煤系及灰?guī)r地層，使1煤底板隔水層的連續(xù)性及穩(wěn)定性受到破壞，在采動礦壓和水壓的綜合作用下，可能成為導水通道。
1.7 1煤平均厚度為6.99m，屬單一厚煤層。若一次采全高，底板破壞深度會比中厚煤層開采增大。
2 有利因素
2.1 灰?guī)r巖溶發(fā)育程度和富水性向深部減弱，是巖溶含水層的區(qū)域性規(guī)律；已有資料表明：本區(qū)及相鄰礦井亦具有與此相同的規(guī)律。謝橋礦2＃巖溶陷落柱帶探測工程奧灰、寒灰深部巖溶發(fā)育、富水性較強，是巖溶陷落影響帶的結(jié)果，并不具有普遍性。
礦井第一水平標高-600m，深度較大，分析認為：灰?guī)r富水性會趨于減弱。
2.2 謝橋礦東風井及-440m水平回風道突水，造成區(qū)域太灰、奧灰、寒灰水位下降，具有補給量不豐富，儲存量消耗的特征。
2.3 謝橋礦-440m水平回風道突水點涌水量在1995年9月第一次注漿堵水工程結(jié)束時為344.50m3/h，2005年平均為280.78m3/h,減少了63.72m3/h，即涌水量隨時間延長有所衰減，補給量與排泄量逐漸趨于平衡。第二次堵水過程中，突水點涌水量漸小，2006年8月1日-3日平均為200.66m3/h，同年7月30日，距東風井315m的K4孔（C31-4層灰?guī)r）水位埋深降至228.80m，標高約為-202.50m；表明在有奧灰水補給的條件下，疏水依然能使C3Ⅰ組灰?guī)r有較好的降壓效果。
2.4 C3Ⅰ組灰?guī)r是1煤開采可能造成直接充水的含水層組，含水小、局部中等。該組灰?guī)r中，以C33上 、C33下厚度較大，富水性相對較強。據(jù)已有資料，1煤底板距C33上層灰?guī)r26.00~35.60m，平均為27.54m。C31層灰?guī)r富水性微弱，C32層灰?guī)r賦存不穩(wěn)定，可以作為相對隔水層來利用。
2.5 巖溶含水層上緩傾斜煤層安全開采，國內(nèi)外已有大量成功實例，淮南礦區(qū)老區(qū)亦有很多研究成果和實踐經(jīng)驗，其中包括：①在受大氣降水補給、局部受奧灰水補給的條件下，對C3Ⅰ組灰?guī)r疏水降壓到安全水頭值，未發(fā)生過底板灰?guī)r突水事故。②謝一礦在-480、-567、-660m水平將巷道直接布置在C31層灰?guī)r中，取得了疏水截流的效果。③原謝二礦采用鉆孔和巷道疏水相結(jié)合的方法，在-660m水平灰?guī)r放水孔涌水量小，疏水效果差的情況下，施工放水石門穿過C31、 C32層灰?guī)r并揭露C33上層灰?guī)r，涌水量80.00m3/h，取得了良好的降壓和安全開采效果。
3 基本成果
礦井北接顧橋礦南部“X”共軛剪切構(gòu)造異常區(qū)即有爭議的新構(gòu)造或疑似巖溶陷落帶，西鄰謝橋礦-440m回風道底板灰?guī)r突水區(qū)和1#、2#實見巖溶陷落帶（柱），區(qū)內(nèi)亦已發(fā)現(xiàn)有疑似巖溶陷落柱。
潘謝新區(qū)及相鄰的新集礦開發(fā)建設以來，尚未實施灰?guī)r疏水降壓工程。灰?guī)r地下水位下降，主要是謝橋礦東風井和-440m回風道突水、灰?guī)r地下水補給排泄和補給量不豐富、儲存量消耗的結(jié)果。通過對謝橋礦東風井-440m回風道突水第二次注漿堵水工程的水位動態(tài)觀測資料，2#巖溶陷落帶XLZ3孔奧灰、寒灰段抽水、C3-Ⅰ組灰?guī)r觀測孔水位下降資料和顧橋井田水34、水16孔C31-4層灰?guī)r抽水，C3-Ⅲ組灰?guī)r、奧灰觀測孔水位下降的資料綜合分析認為：各層組灰?guī)r間存在著水力聯(lián)系，底部灰?guī)r水補給C3-Ⅰ組灰?guī)r。
據(jù)已有資料初步分析，井田灰?guī)r水文地質(zhì)邊界條件為：北西部即灰?guī)r露頭區(qū)，分布有厚度較大的新生界“中隔”，為相對隔水邊界；井田北部，F(xiàn)215斷層造至太原組與上盤煤系地層相對接，但F109斷層又造至1煤及底板太灰與下盤奧灰相對接，總體為給水邊界；井田西部與謝橋礦相鄰，為給水邊界。
類比謝橋礦東風井-440m回風道突水量為礦井-600m水平灰?guī)r涌水量初步預計結(jié)果，即正常涌水量為430m3/h，最大涌水量為642m3/h。
礦井A組煤開采，既具有采厚、采深大，底板隔水層厚度小，灰?guī)r水頭壓力大的不利條件，又具有灰?guī)r含水層補給量不豐富、C3-Ⅰ組灰?guī)r含水小～中等、富水性不均一并會向深部減弱、疏水能夠達到降壓效果等有利因素。
綜合分析認為：礦井A組煤底板巖溶水水害防治具有可行性。采用對C3-Ⅰ組灰?guī)r疏水降壓到安全水頭值，并輔以局部注漿封堵導水通道的綜合技術，能夠?qū)崿F(xiàn)A組煤的安全開采。
4 建議
4.1 本期地面鉆探工程鉆孔抽水水量很小，表明灰?guī)r富水性不均一而并非貧水。礦井地處陳橋背斜的東南傾伏端，斷裂系統(tǒng)顯示出背斜在褶皺隆起過程中的張裂性質(zhì)，據(jù)此分析，灰?guī)r巖溶裂隙應較發(fā)育。
勘探階段鉆孔穿過斷點85個均未發(fā)現(xiàn)嚴重漏水現(xiàn)象，水209對F209斷層抽水無水，但切割1煤及其底板灰?guī)r的斷層導阻水性尚未查明。
C3-Ⅰ組灰?guī)r與底部灰?guī)r間存在著水力聯(lián)系，但礦井范圍內(nèi)的水力聯(lián)系通道即補給途徑不清。
1煤底板隔水層厚度、巖性在六線以西已得到控制，六線以東控制程度差；礦井北東部存在著構(gòu)造變薄區(qū)，表明其厚度分布受構(gòu)造影響而變化較大。
因此建議抓緊進行礦井A組煤底板巖溶水水害防治井下勘探工程，采用物探、鉆探、水文試驗相結(jié)合的方法，利用井下灰?guī)r放水孔可以長歷時、大流量疏水的優(yōu)勢，進一步查明C3-Ⅰ組灰?guī)r的富水性和逕流、補給特征，查明斷層的導阻水性和C3-Ⅰ組灰?guī)r與底部灰?guī)r間的水力聯(lián)系通道，加密1煤底板隔水層的厚度控制。
4.2 灰?guī)r露頭區(qū)鉆孔很少，新生界尤其是新生界“三隔”和紅層勘探程度不足，建議適當補鉆以加密控制。
4.3 類比謝橋礦東風井-440m回風道突水量作為礦井-600m水平灰?guī)r涌水量，僅為初步預計結(jié)果。礦井灰?guī)r涌水量的最終予計，宜待今后進行井下灰?guī)r放水試驗后進行。
4.4 巖溶陷落柱突水是煤礦安全生產(chǎn)最嚴重的水害威脅。到目前為止，相鄰的謝橋礦已實見兩個巖溶陷落柱（帶），顧橋礦已發(fā)現(xiàn)兩條帶狀構(gòu)造異常體（是否為疑似巖溶陷落帶，尚有爭議），區(qū)內(nèi)亦已發(fā)現(xiàn)1個隱伏疑似陷落柱。
因此，建議進行疑似巖溶陷落柱的探查驗證，加強井田巖溶陷落柱的探測和排查工作。
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