-850主副石门过砂岩裂隙含水层的探查研究

-850主副石门过砂岩裂隙含水层的探查研究

李丹斌

开滦集团钱家营矿业分公司地测科河北省唐山市063301

摘要：-850主副石门区域水文地质条件复杂，且施工过程中将揭露煤5顶板含水层，该含水层富水中等，但局部富水性较强，区域该含水层水位-260.83，水位较高，工作面预计5煤顶板至A层铝土岩底板砂岩裂隙含水层最大水压4.95MPa，施工过程可能出现重大水害事故。通过超前分析，运用物探、钻探等手段综合探查，保证了工作面得安全生产。

关键词：含水层物探钻探安全生产

一、-850主副石门区域概况

1、工程概况

-850主副石门位于三水平十四采区，为三水平延伸的主体工程，该巷道位于-850西大巷西北方向，开口位置位于西大巷测点W13前39.4米，开口点底板标高为-849.2米，巷道设计方位289°，坡度+3‰。巷道已施工772.5m，已揭露12-1、11、9、8、7、61/2、6、5煤层。施工将揭露5煤顶板至A层铝土岩底板砂岩裂隙含水层（V）。

2、区域地质复杂程度

区域地质构造极为复杂，揭露10m以上断层3条，其中f6：267°∠85°H=16.0m后倾正断层直接导致11煤层和9煤层在巷道内的二次揭露，f14：109°∠84°H=14.0m后倾正断层直接导致61/2煤层和6煤层在巷道内的二次揭露，给地质分析工作增加了很大难度。

由于-850主石门区域5煤层为突出煤层，突出位置5煤层厚度为4m，秉承先探后掘的原则，通过合理布置钻孔进行综合探查，巷道实际揭露5煤层的厚度为0.3m，厚度变化极大。

3、水文地质复杂程度

工作面预计5煤顶板至A层铝土岩底板砂岩裂隙含水层最大水压4.95MPa，遇构造裂隙发育时，可能出现较大涌水，水压大时可能出现类似于203泥石流水害事故。该含水层主要参数为：单位涌水量为0.0603～0.228L/s•m，渗透系数为0.095～4.526m/d。

4、5煤顶板至A层铝土岩底板砂岩裂隙含水层特征：（1）含水性中等，局部较强。(2)直接或间接揭露时涌水量大，破坏性强。(3)具有可疏降性，疏水降压效果明显。(4)施工过程袭夺明显（巷道施工前方出水后，后方水量明显减小甚至无水）

二、以往过砂岩裂隙含水层的经验教训

1、灾害发生经过

我矿-450水平副井空车场203工程于1983年6月开工至同年10月竣工，断面（4.5×3.58）m2，半圆拱料石砌碹，巷道全长为97.34m。1984年8月13日夜在副井侧曲碹处发生冒顶，涌水量10.0m3/h。85年3月5日、8日又相继发生两次大冒顶，冒出矸石量约400m3，涌水量增大为21.9m3/h，为处理冒高区恢复巷道，4～5月在其两侧布孔探明冒落范围，6月底用撞楔法6.8m2可缩性金属拱型支架强行通过了7米冒落段，至7月水量增大并稳定在75.0m3/h左右。

1986年一季度在两侧向冒落区注灰159.2吨，4月上旬在副井侧注浆孔及泄水孔处冒落矸石8.3m3，从而对付井北码造成威胁，于是停止了注浆，并在主井侧打了泄水孔，203巷道涌水量达到100.6m3/h（3月17日）。

为了缓解203巷道新冒落区对副井北码威胁，将水引出，于86年5月17日开掘了203泄水巷，并于86年底及87年初打了5个泄水钻孔，使203巷道的涌水量减小到2.6m3/h，实现了203巷道涌水量的转移。

1987年2月开始按原设计恢复203巷道，6月11、16、17、21和26日在原冒落处连续发生5次少量的冒落，共计冒出矸石约280m3，但涌水量变化不大。87年6月下旬，巷道恢复至距副井侧闸墙约6m的位置，6月27日、28日在迎礃打了两排撞楔，6月30日上午巷道继续来压，将宽220mm的槽钢棚子压成了几段，撞楔变形，下4点领导现场观察，研究措施，在措施尚未来得及落实时于晚8点50分发生了突冒泥石流，几秒内突出碎岩石2118.4m3，堵塞巷道234.3m，最大涌水量为244.3m3/h(7月4日)，5名同志遇难，4名同志重伤，经济损失1446.7万元。

2、灾害发生原因

203工程处于开平煤田煤系地层上部的A层铝士岩下30米左右的杂色泥岩及粉砂岩夹少量中细砂层中，该地层遇水膨胀，蠕变性强。该区域断层发育，有多条落差为2～8m的高角度（65°～84°）断层切割，造成岩石破碎。A层铝土岩底板富水性强，水位高，相对203工程所处高程水压约为30kg/cm2。203冒落区附近，围岩受高压水作用，多条断层切割，加上粉砂岩、粘土岩性脆易碎，形成饱和状松散岩体，在出现临空面（巷道）的情况下发生了泥石流突冒。

3、突水后的防治水工作

（1）在地面施工了3个钻孔，总进尺1402.55米，探明冒落高度，形状，是存在空洞以及地质情况；在井下四个剖面上共布设并施工了10个钻孔，总进尺926.09m，探明冒落范围，及其与付井和北码头门的关系。

（2）查明冒落范围;根据井上、下钻孔资料，大突冒波及破坏了A层铝土岩顶、底含水层，冒落影响高度为108～113m，冒落高度约为73～100m，冒落区长轴约为20m，短轴为10m左右。

（3）开掘泄水巷，施工了3个泄水孔进行泄水、总泄水量达2.6m3/min。

4、经验教训如下：一是对5煤层顶板含水层危害性认识不足，未实施超前探查。

二是5煤层顶板含水层水压大，未实施疏水降压。三是防冒顶措施落实不到位。

三、综合探查方案及探查治理效果

1、探查的整体思路

先物探、后钻探，再提取水样化验，确定水源，超前与疏放相结合。

2、探查过程：（1）超前物探情况：采用瞬变电磁探测：共施工7次物探，工程量690米。（2）钻探情况：自2016年4月起，主副石门先后完成超前探查孔五组，共10个，工程量1370米。主石门第一次超前探查，共施工2个钻孔，工程量292.5米，施工后测得区域水压4.95Mpa。主石门第二次钻孔施工完后井下实测水压3.0Mpa；主石门与副石门联络川钻孔施工完后井下实测水压1.4Mpa；经过主副石门区域五次超前钻孔施工疏降后水压下降至为0.9Mpa。地面钱水36钻孔水位由原来的-281.56（2017.4.12）下降至-420米（2017.6.29）下降约138.44米。副石门先后完成超前探查孔两组，共4个，工程量632.5米。在施工超前探查钻孔时，个别钻孔在下孔口管之前，孔内已出现涌水，水量大，无法注套管。如采用了孔壁注浆、孔内注浆、调整注浆水灰比例、在水泥浆中加入玻璃水和锯末等方法，都达不到预期效果。经研究决定采用改进的方法，在钻孔上方施工两个泄水孔，再采用水泥浆中加入锯末的方法，完成封孔工作，并且达到预期效果。

（3）化探情况

钻孔出水后，水文人员对出水钻孔均取水样化验，对比分析发现充水水源均为5煤层顶板含水层水，排除了充水水源奥灰水的可能。

（4）治理效果

①自2016年4月至2017年8月，主副石门共计施工物探7次，超前钻孔10个，水样化验13次，工程施工效果显著，巷道实际掘进过程中顶板未出现突冒现象。②截止2017年8月底已累计疏放水量200万立方米，5煤层顶板砂岩裂隙含水层地面观测孔钱水36水位由-281.56米（2016.4.12）下降至-420.09米（2017.8.26），累计下降138.53米，区域水压已从最初4.95Mpa降至0.7Mpa，个别探查钻孔甚至出现无水现象。③通过施工超前钻孔，动水主要通过钻孔排出，巷道施工过程中顶板、帮上无超过0.1m3/min的出水点，对生产无影响，保证了安全生产。

四、探查经验及存在的不足

通过以上工作的开展，目前-850主副石门水压已降至0.7Mpa，达到安全水头值1Mpa以下，探查经验如下：

1、防治水工作超前谋划，使水文监测布局合理，探查与施工工期合理。

2、在-850主副石门区域实现了物探与钻探全覆盖，对5煤层顶板砂岩裂隙含水层起到了提前疏降作用，确保了安全施工。

3、使用先进大功率钻机，提高了钻探的施工效率，加快了施工进度。

4、通过技术创新，实现了钻孔顺利过软岩及套管的浇注工作。

5、精细地质工作的开展，提供了技术保障。

存在的不足：

1、钻探精度仍有待提高，需加强钻孔成孔技术、钻孔测井技术的应用。

2、物探在含水层中探查，效果不明显，需不断总结经验，加强瞬变电磁探查技术的研究

作者简介

李丹斌,男,本科,1983出生，水文中级工程师，毕业于河北工程大学水文与水资源工程专业，2008年--至今在开滦钱家营矿业分公司地测科工作。