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摘 要：130202工作面地质及水文地质条件相对复杂，据此在工作面开采前实施了顶板水和断层水探放工程，经过50余天的疏放，钻孔水量均达到稳定，顶板含水层静储量得到有效疏放，断层水降至不承压状态。综合来看，工作面前300m段已具备开采的水文地质条件。
关键词：防治水工程；水量；水压；断层
1 概况
羊场湾煤矿开采侏罗系煤层，位于宁东煤田碎石井矿区，130202工作面主采2煤，煤层采高5.5m，全部垮落法管理煤层顶板。煤层伪顶岩性为炭质泥岩，直接顶岩性为粉砂岩、细砂岩，老顶为中砂岩、粉砂岩。
2 工作面充水因素分析
2.1 地质及水文地质条件
130202工作面距地面平均垂深510m，通过平均0.45m的隔水层与上覆直罗组下段粗砂岩～2煤顶板砂岩含水层组隔开，本含水组砂岩总厚11.11～79.93m，平均46.66m。其中以直罗组底部厚层粗粒砂岩为主，与1煤直接接触，其间没有厚而稳定的隔水层，为煤层的直接充水含水层（图1）。层位稳，其厚度变化由北而南，由西往东逐渐增厚。含水层水位埋深32.57～44.29m，水头高出含水层组顶板143～304m，单位涌水量q=0.0346～0.0054L/s·m，渗透系数为0.0738～0.0109m/d。矿化度3.69～5.42g/L，均为Cl·SO4-K+Na型水。
130202工作面位于周家沟背斜东翼，基本为单斜构造，工作面南低北高，工作面风巷较机巷约高40m，工作面回采基本为仰采过程，停采线附近约400m为俯采（图2）。
从图2可以看出，工作面内部断层构造发育，工作面北侧有DF9断层，切眼南侧有DF14断层，工作面中部有DF13断层，工作面中部至停采线存在9条断层：F22、F24、F25、F26、F29、F30、F31、DF12和DF5断层（表1）。巷道掘进阶段位于断层破碎带位置淋水现象严重，需进一步进行探查工作。
2.2 充水因素
2.2.1 充水水源
据地质及水文地质钻孔资料分析，130202工作面距直罗组下段含水层23～28m，平均25.5m。利用“三下采煤”公式[1]，计算得到的130202工作面的导水裂缝带发育高度约为83m，所波及的含水层为煤层顶板延安组含水层及直罗组下段粗砂岩含水层，厚度见表2。
2.2.2 充水通道
根据前述分析，130202工作面的主要充水通道为煤层回采所产生的导水裂缝带以及导水断层，同时，以往勘探钻孔在封闭不良的情况下也有成为导水通道的可能。
2.2.3 充水强度
130202工作面采前涌水主要来自巷道淋水以及顶板水探放钻孔涌水两部分。工作面开始回采后，则工作面涌水主要来自两部分，一部分来自于顶板冒落和开裂范围内岩石的裂隙水和孔隙水，此部分为静储量，其大小主要与含水层的储水率、给水度、冒落和开裂带范围大小、降落漏斗形态有关；另一部分，由于采动裂隙范围内水头降低，导致周围一定范围内含水层的水向采空区内流动，即动态补给量，其大小与渗透系数大小、进水边界长度有关。
据此，分别利用解析法中的“大井法”计算了回采过程中的动态补给量以及工作面顶板充水含水层静储量[2]，以及利用临近矿井水文地质条件类似的已回采工作面涌水量数据进行了涌水量比拟计算。利用两种方法分别计算出来的动态补给量为351m3/h和134m3/h，工作面顶板含水层静储量约20.5万m3。考虑到大井法计算含水层水头取值存在较多的疑问，而比拟法均采用实测值计算，结果相对更为可靠，因此，最终选择比拟法计算结果作为130202工作面开采期间的涌水量，即134m3/h。
3 130202工作面防治水工程及评价
施工探放水钻孔对工作面充水含水层进行预疏放是防止工作面开采发生安全事故的重要手段，在煤矿防治水中已得到广泛应用[3]。为保障工作面回采的安全，避免集中涌水对工作面开采造成威胁，实施了顶板水和断层水疏放工程，130202工作面共施工钻孔14个（图3）。
3.1 顶板水疏放
130202工作面在切眼附近300m范围内共施工了11个顶板水钻孔，钻孔终孔位于工作面顶板以上90m左右，达到工作面开采导水裂隙带发育的最大高度83m，并且从图3可以看出，钻孔疏放水范围基本覆盖了顶板含水层。从钻孔成孔后，经过50余天的疏放，疏放水钻孔水量由36m3/h增加到67m3/h，随着疏放时间的延续，总水量呈现出逐渐衰减的趋势，最终基本稳定在22m3/h左右（图4），累计疏放水量约7.0万m3。
3.2 断层水防治工程
DF14断层落差22m，位于工作面切眼后方，对工作面开采具有一定的威胁，为降低威胁，对DF14断层施工了3个探放钻孔（图3），钻孔终孔垂高57～88m，钻孔水量变化见图5。
从图5可以看出，两钻孔成孔后水量较大，经过约50天的疏放，水量呈现明显的下降趋势，并最终达到稳定，F1-1和J1-5钻孔水压从成孔后的1.8Mpa和2.1Mpa降至0.8Mpa和1.0Mpa，从水压与钻孔终孔垂高对比可以看出，两钻孔处水头已基本与终孔位置持平，DF14断层基本降至不承压状态。
3.3 防治水工程效果评价
对工作面切眼附近300m范围实施了探放水工程，对工作面开采影响的顶板含水层和DF14断层进行了疏放，对其疏放效果评价如下：
（1）顶板水疏放工程共疏放顶板水约7.0万m3，而工作面切眼附近300m范围顶板水静储量6.9万m3，可见，顶板水钻孔已完成了对顶板含水层静储量的疏放，并且目前已施工的11个顶板水钻孔水量均得到稳定，揭示钻孔对顶板直罗组粗砂岩含水层水的疏放是有效的，为工作面回采过程中的矿井涌水量“削峰平谷”起到了重要作用。
（2）针对切眼后方DF14正断层施工了3个探放水钻孔，经过疏放，钻孔水量达到稳定，并且断层水已疏放至不承压状态，揭示DF14断层对工作面开采产生的水害威胁可以消除。
4 结论
结合130202工作面地质和水文地质条件，针对性的开展了大量的采前防治水工作，主要包括顶板水和断层水疏放工程，根据钻孔水量以及水压等数据分析，认为实施的防治水工程达到了预期目的，对工作面顶板含水层静储量和断层水进行了有效疏放，目前所施工钻孔的残余水量基本为含水层的动态补给量。综合来看，实施的防治水工程效果明显，130202工作面前300m范围已具备开采的水文地质条件。
参考文献
[1]建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程.国家煤炭工业局，2000.5.26.
[2]刘洋.浅埋煤层工作面不同开采条件下涌水量预测方法[J].煤矿安全，2014，49（2）：158-161.
[3]赵宝峰.灰色关联度在井下钻孔疏放水效果分析中的应用[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2013，32（3）：289-292.
关键词：防治水工程；水量；水压；断层
1 概况
羊场湾煤矿开采侏罗系煤层，位于宁东煤田碎石井矿区，130202工作面主采2煤，煤层采高5.5m，全部垮落法管理煤层顶板。煤层伪顶岩性为炭质泥岩，直接顶岩性为粉砂岩、细砂岩，老顶为中砂岩、粉砂岩。
2 工作面充水因素分析
2.1 地质及水文地质条件
130202工作面距地面平均垂深510m，通过平均0.45m的隔水层与上覆直罗组下段粗砂岩～2煤顶板砂岩含水层组隔开，本含水组砂岩总厚11.11～79.93m，平均46.66m。其中以直罗组底部厚层粗粒砂岩为主，与1煤直接接触，其间没有厚而稳定的隔水层，为煤层的直接充水含水层（图1）。层位稳，其厚度变化由北而南，由西往东逐渐增厚。含水层水位埋深32.57～44.29m，水头高出含水层组顶板143～304m，单位涌水量q=0.0346～0.0054L/s·m，渗透系数为0.0738～0.0109m/d。矿化度3.69～5.42g/L，均为Cl·SO4-K+Na型水。
130202工作面位于周家沟背斜东翼，基本为单斜构造，工作面南低北高，工作面风巷较机巷约高40m，工作面回采基本为仰采过程，停采线附近约400m为俯采（图2）。
从图2可以看出，工作面内部断层构造发育，工作面北侧有DF9断层，切眼南侧有DF14断层，工作面中部有DF13断层，工作面中部至停采线存在9条断层：F22、F24、F25、F26、F29、F30、F31、DF12和DF5断层（表1）。巷道掘进阶段位于断层破碎带位置淋水现象严重，需进一步进行探查工作。
2.2 充水因素
2.2.1 充水水源
据地质及水文地质钻孔资料分析，130202工作面距直罗组下段含水层23～28m，平均25.5m。利用“三下采煤”公式[1]，计算得到的130202工作面的导水裂缝带发育高度约为83m，所波及的含水层为煤层顶板延安组含水层及直罗组下段粗砂岩含水层，厚度见表2。
2.2.2 充水通道
根据前述分析，130202工作面的主要充水通道为煤层回采所产生的导水裂缝带以及导水断层，同时，以往勘探钻孔在封闭不良的情况下也有成为导水通道的可能。
2.2.3 充水强度
130202工作面采前涌水主要来自巷道淋水以及顶板水探放钻孔涌水两部分。工作面开始回采后，则工作面涌水主要来自两部分，一部分来自于顶板冒落和开裂范围内岩石的裂隙水和孔隙水，此部分为静储量，其大小主要与含水层的储水率、给水度、冒落和开裂带范围大小、降落漏斗形态有关；另一部分，由于采动裂隙范围内水头降低，导致周围一定范围内含水层的水向采空区内流动，即动态补给量，其大小与渗透系数大小、进水边界长度有关。
据此，分别利用解析法中的“大井法”计算了回采过程中的动态补给量以及工作面顶板充水含水层静储量[2]，以及利用临近矿井水文地质条件类似的已回采工作面涌水量数据进行了涌水量比拟计算。利用两种方法分别计算出来的动态补给量为351m3/h和134m3/h，工作面顶板含水层静储量约20.5万m3。考虑到大井法计算含水层水头取值存在较多的疑问，而比拟法均采用实测值计算，结果相对更为可靠，因此，最终选择比拟法计算结果作为130202工作面开采期间的涌水量，即134m3/h。
3 130202工作面防治水工程及评价
施工探放水钻孔对工作面充水含水层进行预疏放是防止工作面开采发生安全事故的重要手段，在煤矿防治水中已得到广泛应用[3]。为保障工作面回采的安全，避免集中涌水对工作面开采造成威胁，实施了顶板水和断层水疏放工程，130202工作面共施工钻孔14个（图3）。
3.1 顶板水疏放
130202工作面在切眼附近300m范围内共施工了11个顶板水钻孔，钻孔终孔位于工作面顶板以上90m左右，达到工作面开采导水裂隙带发育的最大高度83m，并且从图3可以看出，钻孔疏放水范围基本覆盖了顶板含水层。从钻孔成孔后，经过50余天的疏放，疏放水钻孔水量由36m3/h增加到67m3/h，随着疏放时间的延续，总水量呈现出逐渐衰减的趋势，最终基本稳定在22m3/h左右（图4），累计疏放水量约7.0万m3。
3.2 断层水防治工程
DF14断层落差22m，位于工作面切眼后方，对工作面开采具有一定的威胁，为降低威胁，对DF14断层施工了3个探放钻孔（图3），钻孔终孔垂高57～88m，钻孔水量变化见图5。
从图5可以看出，两钻孔成孔后水量较大，经过约50天的疏放，水量呈现明显的下降趋势，并最终达到稳定，F1-1和J1-5钻孔水压从成孔后的1.8Mpa和2.1Mpa降至0.8Mpa和1.0Mpa，从水压与钻孔终孔垂高对比可以看出，两钻孔处水头已基本与终孔位置持平，DF14断层基本降至不承压状态。
3.3 防治水工程效果评价
对工作面切眼附近300m范围实施了探放水工程，对工作面开采影响的顶板含水层和DF14断层进行了疏放，对其疏放效果评价如下：
（1）顶板水疏放工程共疏放顶板水约7.0万m3，而工作面切眼附近300m范围顶板水静储量6.9万m3，可见，顶板水钻孔已完成了对顶板含水层静储量的疏放，并且目前已施工的11个顶板水钻孔水量均得到稳定，揭示钻孔对顶板直罗组粗砂岩含水层水的疏放是有效的，为工作面回采过程中的矿井涌水量“削峰平谷”起到了重要作用。
（2）针对切眼后方DF14正断层施工了3个探放水钻孔，经过疏放，钻孔水量达到稳定，并且断层水已疏放至不承压状态，揭示DF14断层对工作面开采产生的水害威胁可以消除。
4 结论
结合130202工作面地质和水文地质条件，针对性的开展了大量的采前防治水工作，主要包括顶板水和断层水疏放工程，根据钻孔水量以及水压等数据分析，认为实施的防治水工程达到了预期目的，对工作面顶板含水层静储量和断层水进行了有效疏放，目前所施工钻孔的残余水量基本为含水层的动态补给量。综合来看，实施的防治水工程效果明显，130202工作面前300m范围已具备开采的水文地质条件。
参考文献
[1]建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程.国家煤炭工业局，2000.5.26.
[2]刘洋.浅埋煤层工作面不同开采条件下涌水量预测方法[J].煤矿安全，2014，49（2）：158-161.
[3]赵宝峰.灰色关联度在井下钻孔疏放水效果分析中的应用[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2013，32（3）：289-292.