地层岩性分析在探放水中的应用

[摘 要]鹿南矿根据自己探放水工作并结合邻矿探放水经验，通过对地层岩性及地质构造分析，总结采空区积水导水通道的形成机理和积水区的可放性。

[关键词]地质断层；冒落高度；导水裂隙；探放专用巷道

中图分类号：TD743 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0373-01

前言：2012年3月2日鹿南矿在-380右扩区二层回风道掘进施工中发现积水隐患征兆，主要是该区前进风道从回风石门往外20米处上帮锚索钻孔淋水，由小见大成流明显，由此判断上段空区存在积水，遂开始全面展开探放水工作。到2012年3月16日，共计排放积水4.4万立方米，探放水工作告一段落。

一、问题提出

通过对2012年3月鹿南矿-380右扩区二层综放面成功探放水工作的分析和总结，结合后来的2013年振华透水事故教训进行对比分析，充分认识鹿南矿-380右扩区二层上段采空区积水形成的机理，总结出对采空区地层岩性正确分析是成功探放水的重要前提。

二、以上两矿地质水文情况简介

1、振华矿概况：振华煤矿位于鹤岗市向阳区东部，矿井2007年核定生产能力为42万吨/年，有12个可采煤层，生产煤种以气煤和1/3焦煤为主。该矿各含水岩系主要靠大气降水补给，由于一、二水平煤层已采完，三水平正在开采，矿井地表都有不同程度的缓慢下沉，并形成多个塌陷坑，地表汇水及坑内积水通过径流渗入地下，以断层、裂隙、孔隙、老空及小煤矿已采区为补给通道，导入该矿井下采空区，使矿井水文地质条件变为复杂。

2、鹿南矿概况：

鹿南矿现开采5个煤层，其中主力厚煤层有3个，煤层厚度在5.8m-12m左右。上覆第四纪砂砾含水岩系，岩性为冲坡积松散的砂砾石及黄色亚粘土、腐植土组成，厚度1～10米，为孔隙水，单位涌水量为1.55m3/h，渗水系数一般为31.5m/d，该层是该井田内含水最丰富的含水层。所治理的采区于2012年5月正式开采，2013年2月结束开采。所采煤层为-380右扩区二号煤层，最大厚度9.3米，最小厚度8.7米，平均厚度9.0米。煤层倾角30～42°。该区走向长380m，倾斜宽度100m，可采储量45MT。该区顶板为细砂岩和粉砂岩，底板以细砂岩为主、粉砂岩次之。区内没有地质钻孔，距地表约580米。右部F2断层裂隙带通上盘砾岩层，上部F3断层也连通砾岩层，这样第四系及砾岩含水层水通过两个断层的拉伸破碎带与本区上段采空区裂隙带间接导通。

三、两矿所进行的探放水工作的对比分析

1、从探放水时间排序上对比：振华矿2013年2月份采煤一队就发生采空区溃水溃泥事故，没有人员伤亡。该矿对这个采区采取了多项措施，进行治理，但并未真正做到解除隐患后再生产，而是边处理隐患边生产。最后3.11事故发生了，原因是水患没有解决在开采前。鹿南矿是在掘进进组期间就发现巷道上帮淋水、挂红，锚索眼出水等，这些积水征兆被及时反映到领导决策层，而且立即停产处理。时间节点掌握的好，遵循先探后掘的方针。

2、从探放水空间布局上比较：前者是采煤工作面软帮多次出水出泥，致使采后空间越来越大，积水也越多，而该矿探放水工作主要是围绕水体底部区展开，在导水通道上及不同水位上没有采取针对性措施，结果补给量大于放出水量，未起到探放作用。后者的情况是采区尚未开采，上段含水空区边界较清楚、探放条件好。

3、探放水方法相近：都使用了瞬变电磁预报、巷探、钻探等手段。但针对性不同，前者水体底部为冒落的凝灰质砂岩层、泥质粉砂岩层的碎块，以及断层带软弱粉砂岩、泥岩共同形成了泥水碎岩混合物，极易塌孔、堵孔，探放水效果很不好。后者在岩层中掘送了70米专用探放流水巷。施工钻孔的煤层底板为细沙岩、粉砂岩，抗压强度大（370～560MPa）虽在探放工作中也频发堵孔，但通过使用螺旋钻杆反复透孔，完全实现了探放水目的。

4、地质构造分析：两者在两带高度内都含有两条以上的断层，前者是采空区的冒落带与F40、F2断层破碎带冒透。并且经过采动后地营力叠加作用，使带泥岩的断层面活化后导水并间歇式从工作面软帮溃出，含水空间增大。后者是F2、F3断层通过裂隙导水。

5、顶板岩石岩性的分析：前者顶板有细砂岩层、凝灰质砂岩层、部分泥质粉砂岩，断层破碎带涌出物中见凝灰质砾岩，这些软弱碎岩不仅具有导水性，在水浸、压力作用下，形成类泥石流状态，流动性增强。后者两带内以细沙、粉沙岩层为主，采动后岩块相对稳定，裂隙导水性强，不具备流动的特性。

6、积水空区的稳定性不同：前者并随工作面软帮溃泥和放顶叠加扰动，存水的空间增大，隐患也增大，不具备积水区底部探放可行性。后者冒落空间稳定，岩石水浸后风化速度慢，冒落后的岩石透水性较强，积水具有可放性。

四、对-380右扩区二层综放面隐蔽水害的形成的机理的分析

1、补给源：大气降水和地表积水坑、排水沟积水渗入地下大量储存在第四纪砂砾含水岩系中，这是该区的第一补给水源。第二补给源是该区上段的消火灌浆水（34640m3）。第三补给源是生产用水（微量），如注水等。

2、补给通道：第一导水通道是其上段采空区的导水裂隙带连通了F2断层，与F2断层上盘砾岩含水层连通。第二导水通道是上段采空区的导水裂隙带导通了F3断层。第三导水通道是上下两段采空区之间采动后连通，形成新的导水通道。随着放顶煤工艺的广泛应用，对于特厚煤层，顶板岩石受水浸泡后软化，饱和抗压强度下降（0.75倍左右），该区的裂隙带的高度增加到115米，导水通道的范围变大。

3、积水量预测：先通过瞬变电磁法探测出，积水区域的大致位置，辅助周边巷道出水情况，进一步估算该处积水量。这个估算值虽然不准确，但有重要的参考价值。

4、积水量验证：从3月2日至3月17日累计放水4.40万m3，减去该区稳定后的涌水量25m3/h（第一补给源）15×24×25m3/h=9000m3。从而知道该区积水量为3.5万m3。与第二补给源的灌浆量（34640m3）大致相当。

五、-380右扩区二层综放面隐蔽水害的治理方案和效果

该区同层上段-310标高以上部分于2009年回采完毕。本区石门及-290南扩区11层撤架子道，充砂注浆8660m3。经充砂注浆比例估算水量约34640m3。截止2012年3月16日在专用流水巷中施工17组54个钻孔，探放水量为180～70m3/h，共计放水44000m3。解除第二补给源水患的威胁。由于及时透孔，保证排水通道畅通，第一补给源的25m3/h涌水被及时排出，不会对开采的工作面构成威胁。另外该面采出50米后即对本段后部切眼空区进行探放，放出水量接近20m3/h。同时该面上巷的涌水也减小至5m3/h以内，这样第一补给源的补给水与排水量基本平衡，工作面解除水患，该面安全采完，未发生水害。

六、总结经验

通过对两矿探放水工作对比分析，总结出：矿井的探放水工作必须注重地质构造分析、地层岩性分析，只有这样治理方向才能正确，才能真正解决问题。

地质条件的分析包括：地质构造、岩层岩性、岩石水饱和抗压实验、松散破碎岩体隔水性评估、采动后邻层采空区裂隙带叠加扰动分析等，全面地正确地认识这些导水通道的形成，以及积水区的可放性，是实现探放水目的最重要的前提。

今后我们探放水工作要做到以下几点：1、全面分析被探放区域的地质环境，从地质构造到岩石岩性，做到依据充分。2、科学的预算两带高度，尤其是多煤层开采，要考虑叠加扰动，安全系数要够。3、严格执行探放水顺序原则，不能为了简化程序而违反原则。4、真正做到先探后掘、先治后采。我们从以上案例中看到，如果对这些环节认识不足，就无法真正解除水患。

作者简介

张鹏.出生于1973年3月，2009年毕业于黑龙江科技学院，本科，采矿工程专业，高级工程师，从事水文地质工作。