唐口煤业l30、230采区三灰承压含水层的疏水降压实践

聂文志

(淄矿集团唐口煤业公司，山东济宁272100)

   唐口煤业公司位于山东省济宁市西部，矿区面积76.9km²,开采深度-650m～-1300m。矿区范围地形平坦，地面标高+35～+38m，开拓生产水平(-990m)，集中开采上组煤3煤层，地层有第四系(Q)厚185.00～228.50m,平均212.55m。侏罗系上统蒙阴组(J₃)最大残厚680.65m，平均391.16m。二叠系石盒子组(P_l—2s＇)最大残厚381.75m，平均305.87m，山西组(P_ls＇)厚约8.7m左右，太原组(C₂P₁t)厚157.35～188.37m，平均168.OOm，含薄层石灰岩十三层，以三、十_下灰最为稳定。本溪组(C₂b)厚4.00-34.42m，平均17.22m奥陶系中、下统(O_2-1)总厚可达742m。井田位于济宁地堑西侧北部。东界为济宁断层，西界为嘉祥断层，由之构成本区的地堑构造(见图1)。全区呈宽缓褶曲构造，次一级褶曲发育。形成了南北向褶曲。翼部倾角较缓，一般为5°左右，局部10°。东、西边界地带因受断层影响，倾角变陡，可达15°以上，局部30°～50°。落差在5m以上的断层共有191条，其中落差≥lOOm的20条；≥30～<100m的43条；130、230采区在井田西北部，局部为向东倾斜的单斜构造。

    井田水文地质条件复杂，含水层有6个，自上而下有第四系砂及砂砾层含水层，上侏罗统岩浆岩及砂岩含水层，山西组3煤层顶、底板砂岩含水层，太原组第三、第十层灰岩含水层及奥陶系灰岩含水层等。

    山西组3煤层顶、底板砂岩含水层，太原组第三(层)灰(岩)含水层是3煤层的主要充水水源。

2  三灰含水层

   三灰位于现采3煤层底板以下146.50—96.31m，平均71.48m，三灰厚3.65～7.40m，平均5.20m，裂隙发育，含水较丰富。

   唐口煤业从2005年12月正式生产以来，生产采区为130、230采区，地面标高在+36 m左右，生产开拓区煤层底板标高在-850～-1050 m之间，井田精查勘探期间的三灰水位在+28m,

图1  区域构造示意图(阴影为唐口井田)

首采面1301工作面煤层底板在-1000m左右，三灰水压力超过了10MPa。

式中：—突水系数；

    —隔水岩柱的厚度，取平均71.48m；

    —三灰水柱压力，取10MPa；

    —采煤对底板的扰动深度，取12m；

    —底板可能存在的原始导高暂不考虑取Om。

    参照周边矿井经验及集团公司规定，<0.06时为安全采区；为0.06～0.10要采取一定的防探水措施并报集团公司审批；>0.10时必须进行专门的防治水工程设计。

3  三灰含水层疏放

3.1  三灰含水层疏放设计

3.1.1  疏水降压降低突水系数

    从公式看出，Ts与M成反比，有效隔水层厚度越大，突水系数越小，由于断裂构造、底板厚度变化，断层构造附近，岩层中裂隙发育，阻隔水能力较小。Ts与P成正比，显然三灰水压越高，突水系数越高，生产越不安全。如果仅有水源，但水压很小，在有一定厚度阻隔水层的条件下，一般不会发生突水事故，即使有少量涌水，也不会造成底板出水灾害。水压是底板突水的动力，水和水压会造成底板的鼓起和变形破坏，水压值的大小是决定突水与否和突水量大小的重要的参数。

3.1.2  采区和工作面三灰防治水设计

    设计在130、230采区各工作面的生产前均进行三灰疏放水工程和顶板砂岩水探放工程施工，边探边放水降低水压，并将三灰水压降到允许的突水系数内再进行正式生产。三灰钻孔位置在以直流电法勘探后综合确定，130l工作面为首采工作面，设计三灰钻孔为6个，根据疏放效果再作增减调整，后续工作面在首采工作面的基础上修改完善，由于水温较高放水管路采用隔热性能较好聚脂管，避免用钢管增加采区热害。

3.1.3  疏放钻孔设计

    根据三灰原始水压力超过了10MPa，设计钻孔孔口套管为双层，最深下至孔深40 m处，耐压力试验要超过原始压力的1.2倍，即达到13MPa，终孔层位要穿过三灰底板。

3.2  130采区疏放

3.2.1  1301面首孔疏放

    进行直流电法勘探，利用勘探资料确定三灰相对富水区域，在此基础上确定首钻孔(2号)位置，加强了施工针对性，该孔于2005年5月底施工结束，终孔涌水量Q=21.8 m³／h，水压为9.5MPa(钢垫密封不严损失部分压力)，水温44℃，突水系数为0.15。对该孔疏放4d后，水压降为8.2MPa，突水系数降为0.13，疏水降压效果明显，初步分析三灰水动储量小，补给条件不是很好，有利于疏降到安全回采的突水系数范围内。

3.2.2  1301面疏放

    2005年5～9月完成了设计的三灰疏放孔6个，以后施工的各孔刚揭露三灰时的水压均没有超过第一个孔的水压值，最大的只有6.1MPa，到当年底正式生产时水压降为2MPa，达到了安全生产的要求。

3.2.3  130采区疏放结果

    130采区的采掘生产从东向西开始，依次为1301、1302、1304工作面，1302工作面施工4个三灰钻孔，为2006年4～7月施工，各孔终孔时最大三灰水压力为2.1.MPa。正在掘进的1304工作面于2007年12月施工1个三灰孔，三灰水压力仅为0.35 MPa。130采区在各工作面疏放工程的实施，随着时间的推移，水压越来越低，突水系数越来越小，达到了预期设计的效果。

3.3  230采区疏放

    230采区与130采区为相邻采区，230采区的采掘生产从东向西依次为230l、2302、2303、2307工作面(见图2)，2301工作面三灰疏放施工钻孔6个(含观测孔1个)，2005年12月至2006年3月施工结束，各孔终孔时三灰最大水压力不超过3 MPa；2302工作面施工4个三灰疏放孔，于2006年4-6月施工，终孔时最大三灰水压力为1.2MPa。2303工作面施工3个三灰钻孔，施工时间为2006年11月至2007年2月，各孔终孔时最大三灰水压力为O.5MPa。2307工作面三灰疏放施工钻孔3个(含观测孔1个)，2007年4～2007年8月施工结束，终孔时三灰最大水压力0.7MPa；230采区的疏放水效果与130采区疏水降压规律相同，随着疏水工程的增多和时间的延长，后续工作面的三灰水压明显降低，且互相影响，见表1。

表1  130、230采区三灰疏放钻孔原始数据统计表

3.4  疏放效果分析

    130、230采区三灰承压含水层，经过两年多的时间，在各回采工作面生产前的疏水降压的实践，从开始的9.5 MPa水压疏降到目前的<1MPa，突水系数由0.17降到<0.01，效果明显，达到预期目的，避免底板水害事故，实现了防治水安全生产，为今后其它采区三灰水的防治提供了经验。

参考文献：[1]徐冰寒，降低突水系数在刘桥一矿的实践。地质出版社，2004

作者简介：聂文志(1960一)，男，汉族，1982年7月毕业于山东矿院，学士，高工，副总工，现从事煤矿工作。