陶二煤礦深部底板承壓水防治技術研究

李江鋒

摘 要：陶二煤礦生產水平進入2#煤底板﹣380 m標高以來連續發生底板涌水事故，給安全生產帶來很大影響，前期采用底板注漿堵水及工作面強排，沒有取得很好效果。根據陶二井田第四勘探線至第十二勘探線之間，伏青灰巖下發育有巨厚層火成巖體的特殊情況，在采用長距離大口徑斜孔疏水降壓技術，由被動堵排變主動疏降，解決了困擾十年的回采工作面底板涌水影響安全生產的問題，為陶二煤礦底板承壓水害的防治奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：底板水;承壓含水層;疏水降壓;長距離大口徑

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.018

陶二煤礦位于河北省邯鄲市復興區，礦井采用立井與暗斜井多水平聯合開拓方式，礦井正常涌水量為880 m3/h，屬水文條件復雜型礦井。

陶二煤礦自1982年投產以來，共發生涌突水事故24次。其中，頂板突水4次，小煤窯水突出1次，陷落柱突水1次，底板突水18次。

尤其是進入﹣380 m標高以后，連續發生了工作面回采底板突水事故，四下采區依次回采12421、12423、12425等7個工作面，7個工作面均發生底板突水，單點突水量最大為150 m3/h，曾造成4次采區、采面被淹災害事故。

1 2#煤底板突水情況特征分析

陶二井田深部2#煤下部含水層共發生突水事件14次，突水情況統計如表1所示。

分析從表1可知，2#煤下部突水水源全部為伏青灰巖含水層和火成巖裂隙水。突水點垂直分布與井巷工程密集程度和開采強度密切相關，也與突水源富水性有關。根據表1，在﹣380 m～﹣500 m標高范圍內的火成巖突水點皆為2#煤開采過程中的底板突水點。

陶二煤礦進入﹣380 m標高開采以來，連續發生工作面回采底板突水事故，隨著開采水平的逐步延伸，使2#煤層底板承受的壓力越來越大，增加了煤層底板突水概率[1]。

2 煤系地層局部含隔水層及火成巖特征

2.1 伏青石灰巖含水層

伏青石灰巖含水層上距2#煤層底板約55 m，下距巨厚火成巖約10 m～15 m，巖性為灰色隱晶質石灰巖，層位穩定。陶二煤礦在開采2#煤層時，分別在12421、12422和12423工作面底板發生伏青石灰巖突水事故，單點最大水量為150 m3/h。

據井檢孔抽水試驗資料，鉆孔單位涌水量為0.00394 l/s·m，滲透系數為0.00854 m/d。水質類型為HCO3·SO4—Na型，礦化度為1 176 mg/l，水位標高為﹣200 m。由以上資料分析，伏青石灰巖含水層屬富水性弱含水層。

2.2 局部隔水層特征

伏青石灰巖與野青石灰巖間距約34.53 m～60.77 m，巖性以粉砂巖、泥巖為主，同時也有厚度不等的火成巖侵入，均具較好的隔水性能。

野青石灰巖與2#煤層頂板砂巖間距約21.88 m～47.14 m，平均36.10 m，巖性中粉砂巖和泥巖占60%以上，具有良好的隔水性能，如圖1所示。

2.3 火成巖侵入情況及特征

陶二煤礦煤系地層巖漿活動較強烈，有多層火成巖侵入，按火成巖侵入煤系地層層位的高低，本區火成巖以穩定的大青灰巖（L2）、伏青灰巖（L5）、野青灰巖（L7）等為界，自下而上分為h1（O2頂～L2）、h2（L2～L5）、h3（L5～L7）、h4（L7～1煤層）、h5（1煤層～P1s頂）五層。

其中，對2#煤層開采及含水層影響較大的是伏青灰巖下部h2火成巖，其厚度大，分布較穩定。h2火成巖在陶二礦井田第四勘探線至十二勘探線之間（主要生產區）伏青灰巖下發育有巨厚層火成巖體，該火成巖體呈巖蓋侵入，鉆孔最大揭露厚度為330.24 m（未穿透）。

火成巖厚度大，對煤系地層、煤層厚度及煤質均造成一定破壞，主要表現為巨厚巖漿在強大擠壓作用下侵入伏青灰巖下，熾熱的高溫使上覆巖石脆性化，上擠的張力使上覆地層產生大量裂隙，采掘時破壞了地應力的平衡狀態。隨著地應力的釋放，導致裂隙張開，并導通伏青灰巖含水層，造成底板突水事故。

本區突水水源主要來自2#煤層以下的伏青灰巖及巨厚火成巖承壓含水層，該含水層水通過巨厚火成巖裂隙由奧灰水補給，由于火成巖裂隙發育規模較小，雖有奧灰水補給，水量卻有限，但水壓較大，水壓力大是造成本區突水危險性增加的主要原因[2]。

因此，伏青灰巖下巨厚火成巖在2#煤層與奧灰含水層之間既是一個含水層又是一個相對隔水層，對奧灰水起到隔水作用。該區域2#煤開采不受奧灰承壓水直接影響，礦井主要采取火成巖裂隙含水層治理措施，防止2#煤深部底板承壓積水。

3 以往采取的技術措施及效果

3.1 底板注漿堵水和含水地層加固

在12424面進行底板注漿堵水和地層裂隙充填加固工作，是在該面出水后進行的，采場煤壁至采后25 m底板下20 m、25 m、30 m、40 m深度終孔并實施注漿情況。

在20 m深度內巖石破碎，橫向、垂直水力聯系均很強烈，注漿效果良好，吸漿量巨大，整個工程注入水泥約1 500 t，20 m以淺消耗水泥量1 000 t以上，約占70%以上。

20 m深度以下（深度約20 m～39 m）的鉆孔出水量小，橫向、垂直水力聯系性差，僅主要突水通道進漿量稍大，垂直聯系較強，而其他部位注漿效果較差，或基本不進漿。據此確定回采底板破壞深度約15 m～20 m。

這種注漿治水方案雖然以往應用比較廣泛，但是針對本礦的實際情況其效果不是很理想，從12422與12424面突水及堵水期間涌水量互為消長的關系可以看出，兩處出水部位共同接受補給，但不一定處于下部補給點位置，因而無法從根本上解決底板突水、生產環境惡化、工效低下等問題。

3.2 工作面排水強行開采

在工作面下方安排150 m3/h～250 m3/h的固定和移動排水能力，強行開采，或者對下巷進行配巷改造，形成單獨的排水和通風系統后開采，12418外、12422下、12424外、12421面等均采用此方法。

由于工作面有起伏，未形成自流排水或集中排水系統，這種措施實際上是被動排水，工作面回采往往是間斷進行，工效較低，難以從根本上改變采場環境差的問題。

4 長距離大口徑斜孔疏水降壓技術措施及效果

根據四下采區多個工作面的回采資料分析，當工作面回采到距切眼40 m～80 m時，通常會發生工作面底板突水事故，突水水量一般在100 m3/h～150 m3/h，穩定水量約60 m3/h～110 m3/h。同時，在以往的h2火成巖裂隙水治理過程中，進一步掌握了該火成巖裂隙在本區的展布和導水特性，即裂隙垂直發育，橫向導通性較差。

根據以上特性，確定了2#煤層底板火成巖承壓水治理方案：隨回采工作面開采，提前在工作面下運巷，分組施工長距離大口徑（開孔∮148 mm，終孔∮89 mm）斜疏水鉆孔，進入火成巖，鉆孔方向多與裂隙方向呈正交或斜交，以增大鉆孔揭露裂隙的概率和提高單孔疏水量，通過疏水將含水層的水位降至安全標高之下，從而減輕或消除礦井生產過程中因破壞其上下隔水層而涌入礦井，達到疏水降壓的目的[3]。

該方案首先在12428工作面上巷施工2個、下巷施工2個、外配巷施工2個長距離傾斜泄水鉆孔，終孔至h2火成巖內，采取以疏放為主的防治措施進行底板水治理。

陶二煤礦12428工作面在上巷先期施工完成兩個疏放水鉆孔后，疏放水量已達到60 m3/h，開始回采后第四個月，里部的3個鉆孔共計揭露火成巖水量約110 m3/h，工作面連續5個多月安全推進200余m。

直至12428工作面安全高效回采完畢，同時減少了上部12426、12609工作面底板突水水量。之后，礦井深部所有2#煤工作面，全部采用此方法疏放h2火成巖裂隙水，實現大采深高承壓水條件下的安全開采。

通過12428施工的6個疏放水鉆孔得出如下結論：

第一，火成巖裂隙水初始水位為﹣180 m，回采工作面底板承受裂隙承壓水的安全水壓在2.0 MPa。

第二，鉆孔傾斜垂直地層走向（或與地層傾向成微夾角）布置，鉆孔放水量大;火成巖裂隙方向與地層的展布方向一致，橫向方向聯系弱，縱向方向聯系強。

第三，單孔揭露火成巖出水深度為0～75 m，揭露深度增加，但水量不再增加，火成巖裂隙水垂直裂隙階段性發育、垂直導通性差。

第四，火成巖裂隙呈中間寬、向上下變窄直至漸滅的棗核狀沿地層走向展布。

第五，放水孔的影響范圍約200 m～250 m。

第六，由于裂隙方向沿地層方向展布，每個工作面回采前都需要施工疏水降壓孔。

通過工作面施工長距離大口徑斜孔，提前疏放煤層底板特殊條件下火成巖承壓水，改變了底板水涌出途徑，減少了采場突水概率并同時改善了工作面作業環境，減輕了回采工作面的防排水壓力，達到滿足工作面安全高效生產的目的。

5 長距離大口徑斜孔疏水降壓技術措施優勢和創新點

長距離大口徑斜孔進行疏水降壓的思路是基于四下地區2#煤層底板火成巖裂隙承壓水具有垂直水力聯系階段性強、層間水力聯系弱的特殊水文地質條件，存在多個局部含水單元，注漿無法揭露深部更多裂隙含水單元。采用大口徑斜孔是考慮到鉆孔多揭露一些垂直方向上的導水裂隙，實現鉆孔集中疏水，獲得充分的疏放水量，達到采煤區域疏降效果的目的。

本次治理工作首次采用大口徑破碎地層斜孔施工技術及鉆孔集中疏水降壓開采防治水技術。從鉆孔揭露的涌水情況看，單孔疏放水量均超過15 m3/h，總疏水強度最大達到118 m3/h，火成巖水位由﹣186 m逐漸降至﹣244 m。

6 結語

長距離大口徑斜孔疏水降壓技術在陶二煤礦的成功應用為陶二煤礦底板水防治奠定了堅實的基礎，陶二煤礦在應用該技術措施近十年的生產中，每個2#煤工作面回采前都施工長距離大口徑斜孔疏水降壓鉆孔，均取得了良好的效果，沒有再發生底板突水，在一定程度上保證了陶二煤礦的安全高效生產。

參考文獻

[1] 楊勇，付玲玲.大埋深復雜水文地質條件防治水技術的研究[J].地球，2014（2）：342.

[2] 楊彥利，關英斌，王峰，等.陶二礦2#煤層底板采動破壞效應及突水研究[J].黑龍江科技信息，2009（11）：17-18.

[3] 郭波，宋鐵成，劉曉飛.關于疏水降壓技術的應用討論[J].科技風，2010（18）：124.