综合防治水措施在3306中巷过断层时的应用

1综合防治水措施在3306中巷掘进工作面过ⅢF63断层期间的应用一、前言水害是煤矿主要灾害之一，底板岩溶承压水是xxx防治水的重要对象。xxx从建井以来发生突水事故累计18次，其中底板C3L8灰岩出水(Ｃ3Ｌ8灰岩最大突水量1210m3／h)就占11次之多，且多是因为揭露断层导致的出水。为了保证开拓巷道的正常生产和安全施工，依照《煤矿防治水规定》的要求，xxx地测部门在三水平延伸采区的3306中巷掘进过断层前坚持“有疑必探、先探后掘”的原则，采用“防、堵、疏、排”综合治水措施，消除水害威胁，确保了生产安全及质量标准化的顺利进行。二、工程概况3306中巷掘进工作面位于xxx三水平延深下山采区北翼，承担着未来的3306工作面的运输、通风及区域瓦斯治理任务；该巷道设计长度337.3m，净断面16.62㎡，支护形式为锚网喷+锚索+U36型钢喷浆联合支护三、地质概况（一）三水平延伸采区地质概况1、地层概况根据地面钻孔资料,xxx地层自老到新发育有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组及上统上石盒子组、新近系鹤壁组及第四系。地面为新2近系、第四系所覆盖。其中太原组、山西组和上、下石盒子组为含煤地层，太原组和山西组为主要含煤地层。（见附图1）煤123CC2地质年代煤岩层名称柱状图层间距岩性土黄色发红或黄褐色、亚粘土，含钙质结核。黄色夹灰绿斑粘土、粘土夹卵石和灰色砾岩组成。粘土中含钙质结核。粘土系NNK界生新界系统第四系Q11.57201.87系叠二石泥岩砂质页岩砂岩砂质页岩砂质泥岩泥岩砂岩泥岩砂岩泥岩砂质页岩砂岩泥岩砂岩煤统盒砂质页岩子上部发育，矿物成分以石英、长由砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，砂岩、细至粗粒，灰发褐，石为主，含暗色矿物及白云母，夹黑色泥岩包裹体，钙质胶结。砂质泥岩和泥岩至上而下，颜色逐渐加深，上部银灰色夹紫斑，具鲕状结构，下部含铁质结核，局部植物化石，底部为二1煤可采。铁质结核，局部含植物化石。绿、夹紫斑，具鲕状结构，夹云母及白云母，少量绿色、灰黑色矿物，夹泥岩包裹体，棕分以石英、长石为主，含褐色，由砂岩、砂质泥岩组成，矿物成泥岩365.86泥岩山西统1PP石炭C统原太煤二碳质页岩砂质泥岩及黑色泥岩、砂质泥岩、石灰由浅灰色细、中粒砂岩，深灰岩和煤层组成。由灰色砂岩，灰夹紫红色砂质泥岩，铝质鲕状泥岩组成，砂岩砂质页岩砂岩系本溪统砂质页岩砂质泥岩砂岩石灰岩沟家马奥陶系OOP泥岩及泥岩中含植物化石和黄铁矿结核。夹薄层深灰色石灰岩，砂质为厚层状石灰岩，以青灰色质纯、灰岩为主，夹泥岩，白云质灰岩。局部具角砾状和花斑结构，含珠角石和动物化石。256.39古生界zz新近附图1：3306掘进工作面所处地层综合柱状图现由老到新简述如下：（1）奥陶系中统马家沟组（O2）3呈厚层状石灰岩，以青灰色纯灰岩为主，夹泥岩、白云质灰岩，局部具有角砾状和花斑状结构。顶界面凹凸不平，为古风化壳，有珠角石等动物化石。全层厚度约400米，最大揭露厚度340.63米（581－02－1孔）。（2）石炭系（C）①本溪组（C2）由灰色砂岩，灰色夹紫色砂质泥岩，铝质鲕状泥岩及煤层组成。偶夹薄层深灰色石灰岩。泥岩含植物化石和黄铁矿结核，平均厚度29.39米，与下伏地层呈假整合接触。②太原群（C3）本区含煤岩系之一，为海陆交互相沉积。由浅灰色细、中粒砂岩，深灰及黑灰色泥岩、砂质泥岩、石灰岩和煤层组成的一套地层。砂质泥岩中含植物化石，夹黄铁矿及菱铁质结核。石灰岩一般发育九层，编号由C3L1～C3L9。其中C3L2、C3L8全区发育，为良好的标志层。C3L5、C3L7次之。其余不稳定。C3L3直接底板为黑色浅海相钙质泥岩。富含腕足类化石。C3L9局部相变成菱铁质泥岩。本群共含煤10层。底部的一11煤、一21煤、一22煤组成一煤组。太原群厚度为115.74米，与下伏本溪组地层呈整合接触。(3)二迭系（P）①山西组（P1sh）4本组系由砂岩，砂质泥岩，泥岩及煤层组成。砂岩为细－－粗粒结构，灰发褐色，上部发绿色。矿物成份以石英、长石为主，含暗色矿物及白云母，少量黑色矿物及棕云母，夹黑色泥岩包裹体，胶结物以钙质为主。砂质泥岩和泥岩颜色自上而下逐步加深，上部银灰色夹紫斑，富铝质，具鲕状结构，自上而下鲕状逐渐变小，颜色加深，下部含铁质结核，局部含植物化石。共含煤四层（二1、二2、二3、二4）；仅底部二1煤（大煤）可采，地层平均厚度111.26米，与下伏太原群地层呈整合接触。②下石盒子组（P21）由砂岩、砂质泥岩和泥岩组成。砂岩灰发绿色，细中粒。矿物成份以石英、长石为主，含褐色、黑色矿物、棕云母，少量绿色矿物，夹泥岩及包裹体，钙质胶结。砂质泥岩和泥岩呈灰绿夹紫斑，局部深灰色，具鲕状结构，夹铁质结核，局部含植物化石，其地层厚度平均80.22米，与下伏地层呈整合接触。③上石盒子组（P12）由砂岩、砂质泥岩和泥岩组成。砂岩，中粗粒，局部细粒，下部夹薄层含砾粗砂岩，上部以灰色为主，下部灰白色灰绿色，矿物成份以石英为主，长石次之，含红色，暗色矿物及绿泥石，含少量泥岩包裹体和石英小砾岩。硅质胶结为主。砂质泥岩和泥岩，灰绿色，灰绿夹紫斑，含少量浅色鲕，夹铁质结核，局部含铝质及植物化石，与下伏下石盒子组地层整合接触。矿区内厚约500米，补勘区内揭露厚度285.64米。5(4)新第三系上统鹤壁组（N）以黄色为主，由杂色粘土，粘土夹卵石和灰色砾岩所组成，粘土中含钙质结核。卵石及砾石成份主要为奥陶系石灰岩，其次为石英，二迭系砂岩，含少量燧石。厚度112.95～288.60米，平均201.87米。由西向东增厚，不整合于古生代地层之上。(5)第四系（Q）地表第四系广泛覆盖，岩性主要为褐黄色黄土，其次亚粘土，含钙质结核，下部为硬石层。厚度0～27.90米，平均厚度为11.57米，不整合于下伏地层之上。2、地质构造概况3306中巷掘进工作面所处的三水平延伸采区整体构造形态为一单一向斜构造，向斜两翼被较大断层切割形成自然边界。北部为Ｆ20断层，该断层倾角70°，Ｈ＝75～110米；南部为Ｆ40-1断层，倾角40°～49°，Ｈ＝140～200米。根据上部水平开采经验，大断层两侧小断层非常发育，另外采区北翼上部F20-1断层∠70°H=90m在-470等高线与F20断层相交。采区北翼上部有ⅢF63∠70°H=8m；采区南翼有ⅢF91∠60°H=8m；ⅡF01断层∠56°H=8m，以上三条断层走向均为NE向，将影响工作面划分。其它构造由于现钻孔控制不严，又无井巷工程，有待于掘进过程进一步查明。（二）3306中巷掘进工作面地质概况3306中巷掘进工作面就布置在太原群（C3）的C3L8石灰岩和二迭系（P）的二1煤层之间。该巷道大部分设计在二1煤层下10～15m6之间，根据地面钻孔资料，五矿三水平下山采区北翼二1煤层距C3L8灰岩含水层为30m。巷道设计层位在S9砂岩层中及以下砂质泥岩和泥岩层位中，由于ⅢF63∠70°H=8m正断层的影响。通过对过断层前的超前钻探资料分析,在断层下盘位置，巷底距C3L8灰岩最小间距为2.5m，巷顶距二1煤层底板间距为21m。在过断层后进入断层上盘位置，巷底距C3L8灰岩含水层间距为19m；巷顶距二1煤层底板间距为8.2m（按20°的煤、岩层倾角计算，巷顶与煤层最小法线距为7.7m），需严格执行“边探边掘”措施，确保最小法线距不小于5m。（见附图2）井下钻探编录卡鹤煤集团第五煤矿钻孔位置钻机中心坐标X=Y=Z=开终孔日期年月日简要记录表孔号方位倾角起止孔深及岩石名称简要描述平面图：3306中巷钻探示意图剖面图比例尺1：500距5823点43m20110908201109091348°∠30°0～22m（由岩石见二1煤层）-560-550-540-530距5823点43m-554.5m39778315169891二1煤层2∠15°0～44m（由岩石见小煤）2验证结果：348°22～25m（由二1煤层未岩石）44～50m（由二1煤层未岩石）N3306中巷5817-554.9#1孔3孔-5205823-553.9#边界上山3∠13°0～51m（由岩石见二1煤层）348°50～55m（由二1煤层未岩石）343m2孔3306中巷xⅢF63∠70°H=8mⅢF63∠70°H=8m巷道轮廓线8.2m附图2:3306中巷距5823点前43m位置超前地质钻实钻图7四、水文地质概况（一）三水平延伸采区水文地质概况根据钻孔简易水文地质和井下水文地质观测资料，井下主要含水层有奥陶系中统马家沟组灰岩含水层，太原群二层灰岩含水层，太原群八层灰岩含水层，二1煤顶底板砂岩Ｓ9、Ｓ10含水层及第四系砂砾岩含水层。各含水层之间有粘土岩及碎屑岩组成相对的隔水层。影响采掘活动的主要为Ｏ2、C3Ｌ2、C3Ｌ8、及Ｓ9、Ｓ10含水层，现分述如下：１、含水层(1)奥陶系中统马家沟组碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层(Ｏ2)其总厚度约400m，岩性为厚层状，巨厚层状石灰岩及白云质灰岩，岩溶裂隙发育，含丰富的岩溶裂隙承压水，是本区的主要含水层之一。该层距二1煤平均间距157.71m，水位标高＋120.209～＋143.859m，年变幅为8.33米(2009年)，矿井最大突水量13507m3／h（井田南部马庄矿，1985年5月16日），据邻区六矿抽水资料，单位涌水量q=0.600公升／秒米，渗透系数k=0.3883米／日，水质属Hco3─ca2++mg2+型，总矿化度Ｍ＝0.399克／升，ＰＨ＝7.3。奥陶系灰岩广泛出露于井田西部，直接受大气降水的补给，形成丰富的地下水，由西向东流入矿区，以岩溶泉的形式集中排泄区外。在区内则通过断层直接或间接补给Ｃ3Ｌ2、Ｃ3Ｌ8灰岩和二1煤顶底板砂岩（Ｓ9、Ｓ10）含水层，构成对矿井的严重威胁。特别是－450m8以下水平，南侧为Ｆ40-1断层，落差140～200米，造成Ｏ2含水层与二1煤对接或接近，严重威胁矿井安全。只有留设足够的防水煤柱才能保证矿井安全。(2)太原群第二层碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层(Ｃ3Ｌ2)C3L2灰岩在本区内发育良好，分布较稳定，厚度4.19～10.24米，平均厚度8.02m，岩溶裂隙发育，含岩溶裂隙承压水。该含水层距二1煤层间距106.59～117.90m，平均间距110.76m，距Ｏ2灰岩平均距离38.66m，距C3L8灰岩平均距离80.75米。矿井上部水平生产过程中还未发现该含水层直接向煤层充水现象，但由于Ｆ40、Ｆ41的切割可与Ｏ2灰岩对接发生水力联系，如2005年8月2105煤柱在ⅡF30断层上盘揭露断层面导致C3L2灰岩出水，现稳定在50m3/h，特别是五矿深部水平南侧Ｆ40-1断层落差140～200米，致使该含水层与二1煤层对接，严重影响矿井生产安全，为此开采过程中必须留设足够的断层防水煤柱，以防该含水层直接向矿井充水，造成水害隐患。(3)太原群第八层碳酸盐岩岩溶裂隙含水层(C3L8)C3L8灰岩在区内发育良好，分布稳定，厚度3.92-5.23m，平均4.35m，岩溶裂隙较为发育，含岩溶裂隙承压水。该含水层距二1煤层间距26.20～39.71m，平均32.9m，并且有西北向东南逐渐缩短的趋势。该含水层是开采二1的直接充水含水层，因受矿界Ｆ40、Ｆ41等断层的影响与C3L2、Ｏ2灰岩含水层发生水力联系而得到较大水量的补给，呈现水量较大，不易疏干的含水特征，从9而构成对二1煤开采的主要威胁。C3L8含水层在矿井开采过程中曾多次发生突水，最大突水量1210m3／h。我矿在开采过程中为了保证生产安全，在二水平大巷，三水平南大巷和-520南大巷对该含水层进行了长期疏放，该含水层南翼水位已基本降至-500m，北翼水位在本次疏放前已降至-520m。在-520m以下水平开采过程中应进一步对其进行疏放，保证矿井生产安全。(4)二1煤顶底板(Ｓ9、S10)碎屑岩孔隙、裂隙含水层。该含水岩组中，由中粒砂岩Ｓ9、Ｓ10所组成，发育较好，属二1煤直接顶底板含水层，含孔隙裂隙水。顶板砂岩Ｓ10中粒为主，局部粗粒，平均厚度9.1米。该含水层含水量不大，较易疏干，