摘要：張集煤礦A組實現安全開采，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潘謝新區首次進行的一次規模較大的灰巖水文地質地面勘探,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，對灰巖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組灰巖和奧灰含水層的水位動態觀測網。

　　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，灰巖水頭壓力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、 灰巖水頭壓力大的特點，因此實現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 區內的西三采區已發現一疑似陷落柱。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：即使發育到1煤至8煤中的巖溶陷落帶內不含(導)水，但是在影響帶內，水文地質條件復雜,高角度裂隙易導水。 

　　1.2 灰巖水頭壓力大。在水壓≥6Mpa條件下開展巖溶水害防治井下工程，兩淮礦區尚少先例，難度很大。

　　1.3 底板隔水層厚度小。淮北、皖北礦區，開采煤層距太原組灰巖50m左右，而本區1煤底板隔水層厚度僅為18m左右。

　　1.4 突水系數大。據淮南礦區老區A組煤安全開采的成功經驗，突水系數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水平灰巖水頭壓力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巖的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層灰巖，2個孔揭露C31-9層灰巖，3個孔揭露C31-5層灰巖，1個孔揭露C31-3下層灰巖，均未見溶蝕現象和漏水，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，足見灰巖巖溶發育和富水性極不均一，給合理布置井下灰巖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折，北向西、東西向兩組斷層較發育，構造復雜程度屬于中等。部分斷層切割煤系及灰巖地層，使1煤底板隔水層的連續性及穩定性受到破壞，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 灰巖巖溶發育程度和富水性向深部減弱，是巖溶含水層的區域性規律；已有資料表明：本區及相鄰礦井亦具有與此相同的規律。謝橋礦2＃巖溶陷落柱帶探測工程奧灰、寒灰深部巖溶發育、富水性較強，是巖溶陷落影響帶的結果，并不具有普遍性。

　　礦井第一水平標高-600m，深度較大，分析認為：灰巖富水性會趨于減弱。

　　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層灰巖）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組灰巖有較好的降壓效果。

　　2.4 C3Ⅰ組灰巖是1煤開采可能造成直接充水的含水層組，含水小、局部中等。該組灰巖中，以C33上 、C33下厚度較大，富水性相對較強。據已有資料，1煤底板距C33上層灰巖26.00~35.60m，平均為27.54m。C31層灰巖富水性微弱，C32層灰巖賦存不穩定，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，國內外已有大量成功實例，淮南礦區老區亦有很多研究成果和實踐經驗，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組灰巖疏水降壓到安全水頭值，未發生過底板灰巖突水事故。②謝一礦在-480、-567、-660m水平將巷道直接布置在C31層灰巖中，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合的方法，在-660m水平灰巖放水孔涌水量小，疏水效果差的情況下，施工放水石門穿過C31、 C32層灰巖并揭露C33上層灰巖，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”共軛剪切構造異常區即有爭議的新構造或疑似巖溶陷落帶，西鄰謝橋礦-440m回風道底板灰巖突水區和1#、2#實見巖溶陷落帶（柱），區內亦已發現有疑似巖溶陷落柱。

　　潘謝新區及相鄰的新集礦開發建設以來，尚未實施灰巖疏水降壓工程。灰巖地下水位下降，主要是謝橋礦東風井和-440m回風道突水、灰巖地下水補給排泄和補給量不豐富、儲存量消耗的結果。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觀測資料，2#巖溶陷落帶XLZ3孔奧灰、寒灰段抽水、C3-Ⅰ組灰巖觀測孔水位下降資料和顧橋井田水34、水16孔C31-4層灰巖抽水，C3-Ⅲ組灰巖、奧灰觀測孔水位下降的資料綜合分析認為：各層組灰巖間存在著水力聯系，底部灰巖水補給C3-Ⅰ組灰巖。

　　據已有資料初步分析，井田灰巖水文地質邊界條件為：北西部即灰巖露頭區，分布有厚度較大的新生界“中隔”，為相對隔水邊界；井田北部，F215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水平灰巖涌水量初步預計結果，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，灰巖水頭壓力大的不利條件，又具有灰巖含水層補給量不豐富、C3-Ⅰ組灰巖含水小～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組灰巖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，能夠實現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，表明灰巖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，斷裂系統顯示出背斜在褶皺隆起過程中的張裂性質，據此分析，灰巖巖溶裂隙應較發育。

　　勘探階段鉆孔穿過斷點85個均未發現嚴重漏水現象，水209對F209斷層抽水無水，但切割1煤及其底板灰巖的斷層導阻水性尚未查明。

　　C3-Ⅰ組灰巖與底部灰巖間存在著水力聯系，但礦井范圍內的水力聯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造變薄區，表明其厚度分布受構造影響而變化較大。

　　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、水文試驗相結合的方法，利用井下灰巖放水孔可以長歷時、大流量疏水的優勢，進一步查明C3-Ⅰ組灰巖的富水性和逕流、補給特征，查明斷層的導阻水性和C3-Ⅰ組灰巖與底部灰巖間的水力聯系通道，加密1煤底板隔水層的厚度控制。

　　4.2 灰巖露頭區鉆孔很少，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水平灰巖涌水量，僅為初步預計結果。礦井灰巖涌水量的最終予計，宜待今后進行井下灰巖放水試驗后進行。

　　4.4 巖溶陷落柱突水是煤礦安全生產最嚴重的水害威脅。到目前為止，相鄰的謝橋礦已實見兩個巖溶陷落柱（帶），顧橋礦已發現兩條帶狀構造異常體（是否為疑似巖溶陷落帶，尚有爭議），區內亦已發現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。