顶板岩溶裂隙补给矿井突水特征判别及开采预控_岩溶水有何特征

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顶板岩溶裂隙补给矿井突水特征判别及开采预控

冯辛 向安德 周毅 傅启明

（成都地奥矿业能源有限公司，成都 610041）

3摘要：金鹅池煤矿在+200m东轨道石门施工探水钻孔时发生突水，涌水量从最初的80m/h,33短时间内迅速增大至320m/h，水量维持在200 m/h持续三个月有余。本文从水量、水质、顶板基岩导、含水结构、补给来源及水力联系等方面对顶板强岩溶裂隙突水特征进行分析、判别，并在物探及注浆堵水中得以验证。根据验证结论，对矿井水文地质特征作出进一步修正，为矿井开拓部署调整及开采预控提供科学依据。关键词：顶板岩溶

导水裂隙

突水特征

开采预控 概述

1.1 井田特征

金鹅池井田位于川南珙长背斜末端，区内主要的构造形态由东部玉竹山背斜和西部回龙场向斜构成，井田面积26.8911km2。地貌特征为典型的构造剥蚀地形地貌，表现为背斜山、向斜谷特征，地形起伏较大，地表标高450～700m。矿井含煤岩系为二叠系上统龙潭组（P3l），可采煤层为P3l顶部的 C11煤层，煤厚0.90～2.54m（平均1.14m）图1 +200m东轨道石门探水孔平面图 [2]，井田内煤层赋存标高-200m～+444m，上距长兴组（P3c）底界4.60～11.00m，平均6.44m；下距茅口组灰岩（P2m）平均厚100m左右。

1.2 突水经过

金鹅池煤矿在沿19#勘探线以NE68°

方位掘进+200m东轨道石门过程中，在距+200m南轨道大巷以东125m 位置布置3个图2 +200m东轨道石门探水孔剖面图 探水钻孔，其中3#、4#孔以仰角+10°、方2 突水特征判定 位角63°和78°施工，设计孔深65m，在施2.1突水水源分析 工至孔深42m 见水，终孔至46m 处时停钻，1）老窑及生产井采空区水 水量均稳定8m3/h。而5#孔设计为正前方俯从突水一直伴有H2S气体的特性分析，孔，以俯角-20°向斜下方钻探，施工至39m 老窑水特征相近，但突水点所在的位置处于孔深见水，水量80m3/h，10 min后水量达井田中部，该矿矿业权设置与周边矿井无重到320m3/h，并伴有H2S气体。自2012年8叠及冲突，且该矿目前处于基建期，自身无月17日穿水至2012年11月25日堵水止，采空区，因此可判定突水源于老窑及采空区

3此期间内5#钻孔涌水量一直在200 m/h以的可能性极小。上，并一直伴有H2S气体，出水位置及探水2）底板岩溶突水 钻孔布置见图1、2。由图1、2知，突水点所处位置与原地勘报

告推断的茅口顶界面很近，根据+200m东轨道石门施工现场实地调查，发现有含黄铁矿高岭石粘土岩（该岩层位于P3l底部，为P3l与P2m分界的标志层）。根据区域水文地质特征分析，川南地区P2m为富水性极强的岩溶含水层，井田内茅口组灰岩在西北部大面积出露地表，出露标高高达+600～+700m，从实测的5#突水钻孔的水压（4.2MPa）来看，与此处与茅口地层（P2m）出露标高形成的压力相一致，且茅口组（P2m）底板水在冲刷龙潭组（P3l）底板标志层时与黄铁矿晶体发生化学反应形成H2S气体，顺着水流一起涌出。由此可见水源为底板茅口组（P2m）水可能性较大，这也比较符合为何该处的仰孔3#、4#孔的涌水量远小于俯孔5#孔的现象。

3）顶板补给水源

+200m东轨道石门突水点所在位置距玉竹山背斜轴线水平距离154m，从构造力学分析可知，玉竹山背斜在形成的时候受东西向的挤压应力作用，与东西向主应力伴生的必有一组共轭“X”剪节理及张性节理[9]（见图3）。通过构造裂隙，大气降水及含水层的水可以补给到煤系地层，长兴组（P3c）底部及龙潭组（P3l）泥岩中均含黄铁矿晶粒，遇水后可生成H2S气体，这与碛头水质特征比较吻合。

玉竹山背斜地层的岩溶、导水裂隙构成此次突水的主要水源[6]可能性较大。

2.2物探验证突水特征 为探清突水补给来源、导水通道及含水分布特征及区域，对包括突水点所处的背斜轴区域采用小线圈大电流的瞬变电磁法展开地面物探工作[7]，从物探剖面图（图4）分析，5#钻孔末端刚好进入由上覆地层导通下来的导水裂隙带内，且从图中很明显可判断该区域含水的低阻区主要分布于含煤地层以上的区域，地层的充水性呈现由上往下递减的趋势[3]；该区域P2m上部呈现无水的高阻特征，说明突水水源不是来自P2m灰岩的岩溶水。注浆堵水过程中，采用通过原钻杆注浆堵水[4-5]，注浆量约为17t即达到设计压力，从堵水过程的水压控制及注浆材料的用量判定，证实了该突水水源来自于顶板水而非茅口组（P2m）承压水。

张性节理共轭剪节理WE主压应力图3 玉竹山背斜受力示意图

因此，通过以上分析，突水水源来自顶板补给，且由该井田以往地质勘探报告提交的资料显示，突水区域内长兴组（P3c），在邻近勘探线上施工的20-434号孔揭露该段地层，裂隙不甚发育，钻孔抽水试验，单位涌水量0.0000605L/s.m，钻孔抽水后，水位恢复极为缓慢，且不能恢复到抽水前的高度，从恢复水位曲线的形态看，拐点不明显，表明地下水补给条件极差，地下水以储积量为主该地层富水性弱[2]，对此次突水影响较小，故突水水源主要为大气降水补给，通过上覆

图4 沿东轨道石门瞬变电磁法剖面图开采预控

1）+200m东轨道石门为矿井东翼开拓的咽喉工程，从物探结论分析，按设计方位继续穿越玉竹山背斜，前方将再次面临三组断裂破碎带，且均将与顶板补给水导通，将给巷道施工带来极大的困难。从本次突水的教训和注浆堵水的经验反思，导水破碎带的注浆量并不大，水压4.2MPa，施工中须坚持探水原则，在安全岩柱的保护下，提前实施注浆封堵破碎导水带，并在接近破碎带位置外5～10m处采用砼现浇加强支护方式过破碎带。2）根据物探资料分析，P3c依然大面积受低阻区笼罩，C11煤层开采后，其导水裂隙带将大面积导通上部低阻区，造成采煤工作面顶板淋水不可控，甚至威胁回采安全。因此，建议根据地面物探成果，按照P3c顶板低阻区分布特征调整回采工作面开采顺序，必要条件下采用上行式开采[8]，一方面在先采的下区段提前施工上区段注浆钻孔，在上区段顶板一定距离形成隔水固结层，注浆材料需加入胶结原料，加大抗裂变特性[10]。另一方面，在下区段回风顺槽，施工一定数量的大孔径排水孔，布孔层位处于上区段顶板注浆胶结层上部5～10m，采用逐段可控放水的方式将上区段顶板水放入下区段采空区，缓解上区段顶板淋水压力。4 结论

1）矿区主要补给来源为顶板充水。

区可采煤层C11距上部P3c含水层最大距离为11.00m，小于C11煤层导水裂隙带[1]的一般高度28.20m，由此造成导水裂隙的增加，进而加大顶板来水的涌水量，在今后煤层开采中应引起高度重视，并加大开采预控所提建议的技术可行性分析及技术水平考察与试验，尤其是注浆材料加大胶结成分配比的抗裂变特性的工业试验。

2）引发的突水事故。

强岩溶矿区遇导水断裂破碎导水带，必须加强物探定性，钻孔验证的探水原则，巷道施工须提前注浆，避免造成不可控导水引发的突水事故。参考文献：

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