三下山擴(kuò)區(qū)運(yùn)輸巷位于礦井二采區(qū)西北部，開(kāi)口位置位于7#皮帶機(jī)尾以西40米處，工作面沿主采2#煤層傾向布置，屬采區(qū)準(zhǔn)備巷道。地面相對(duì)位置為黃土覆蓋山梁，黃土覆蓋厚度290?70米。地面無(wú)任何建筑物及村莊。開(kāi)采標(biāo)高1180?050m；根據(jù)地測(cè)資料分析開(kāi)采最低標(biāo)高為1050米，高于本區(qū)域奧灰水位標(biāo)高755米，但為了防止水害事故發(fā)生，防患于未然，確保礦井安全生產(chǎn)，特制定以下防突水專(zhuān)項(xiàng)安全措施。
一、礦井區(qū)域水文地質(zhì)條件
（一）地表水
井田內(nèi)無(wú)大的河流，井田南部的北東-南西向展布的山梁形成了一條天然分水嶺，其南西側(cè)沖溝水匯集于鄉(xiāng)寧縣鄂河后向西注入黃河。北東側(cè)沖溝水匯入臺(tái)頭溝，向東至鄉(xiāng)寧縣光華鎮(zhèn)匯入豁都峪河，然后向南東出境至襄汾縣匯入汾河。
井田西部的馬泉、蒿地溝兩大溝均有泉水溢出，但流量很小，小于0.001L/s，遇暴雨時(shí)節(jié)溝內(nèi)可見(jiàn)時(shí)有洪水匯流，但數(shù)小時(shí)后即減弱為小細(xì)流。幾于后完全斷流。
由于天然分水嶺近礦區(qū)展布，其兩側(cè)山坡溝谷徑流距離短，基本上常年無(wú)水，均為季節(jié)性河流。
本區(qū)水系屬黃河流域汾河水系。
（二）主要含水層描述
礦區(qū)位于區(qū)域龍子祠巖溶泉域的補(bǔ)給區(qū)。
礦區(qū)主要含水層按成因及巖性可劃分為四類(lèi)，現(xiàn)分述之:
1、奧陶系巖溶裂隙水含水巖組
奧灰水是影響煤系地層開(kāi)采的主要含水層，位于本系組底部。據(jù)山西省第五地質(zhì)工程勘察院《鄉(xiāng)寧縣沙坪(吉縣)煤炭有限責(zé)任公司礦井水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》，礦區(qū)周邊共施工奧灰水供水井3處，現(xiàn)分述之：
⑴ 該礦于2003年6月在臺(tái)頭鎮(zhèn)西北約2.5km處(及井田工業(yè)廣場(chǎng)附近)施工一深水井，井深750m，揭露奧灰?guī)r層474m，寒武系白云巖層50m，水位埋深230m，水位標(biāo)高1010m，出水量288m3/d。據(jù)該孔資料，巖溶裂隙較發(fā)育，富水性較強(qiáng)。
⑵臺(tái)頭鎮(zhèn)政府供水井，位于臺(tái)頭鎮(zhèn)東南，距本礦2000m，2004年建井，井深871.3m，井口高程1040m，水位埋深415m，水位標(biāo)高650m，涌水量 600m3/d ；
⑶ 麥積峪老坑口，距本礦500m，2001年建井，井深650.0m，井口高程1295m，水位埋深540m，水位標(biāo)高755m，涌水量 456m3/d ；
據(jù)區(qū)域巖溶水資料，礦區(qū)一帶巖溶水水位標(biāo)高推測(cè)750-780m之間，查區(qū)域地層資料，對(duì)應(yīng)的地層位置應(yīng)是奧陶系上馬家溝灰?guī)r地層（距本溪組底部290）。巖溶水標(biāo)高與麥積峪老坑口水井相近，且麥積峪老坑口水井在三個(gè)供水井中，離礦區(qū)中心地帶僅有1200m，距離礦區(qū)南界僅500m。與其它二個(gè)供水井相比，更具代表性，故此次核查計(jì)算采用麥積峪老坑口水井資料，此井中巖溶水水位標(biāo)高755m。
2、碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙溶隙含水巖組
含水層主要包括砂巖(K1)和三層灰?guī)r(K2、K3、K4)，為區(qū)內(nèi)主要含水層。
K2灰?guī)r為主要含水層，厚度8.16m左右，是9號(hào)煤層頂板直接充水含水層，巖溶裂隙不發(fā)育，據(jù)井田內(nèi)606號(hào)水文孔抽水試驗(yàn)，用空壓機(jī)抽干，單位涌水量＜0.001L/s?qm，水位標(biāo)高1304.81m，故K2石灰?guī)r為極弱富水性巖層。K3石灰?guī)r厚6.25m，K4石灰?guī)r厚1.45m，巖溶裂隙均不發(fā)育，鉆孔沖洗液消耗量0.8-14.5m3/h，均為極弱富水性巖層。底部K1砂巖為細(xì)粒砂巖，裂隙不發(fā)育，為極弱富水性巖層。
3、碎屑巖類(lèi)裂隙含水巖組
主要由K7、K8、K9、K10、K12及K13等砂巖組成，K8砂巖相對(duì)富水，為2號(hào)煤層的直接充水含水層，砂巖層厚3.93m，裂隙較發(fā)育，據(jù)606號(hào)孔抽水試驗(yàn)，水位標(biāo)高為1397.73m，單位涌水量＜0.001L/s?qm，屬極弱含水層。
4、第四系砂礫石層孔隙含水層
區(qū)內(nèi)黃土層一般為透水層，不含水，分布于山頂及山坡。砂礫石層接受大氣降水和地表水補(bǔ)給，分布于山區(qū)現(xiàn)代河谷下部，涌水量一般介于0.001?.05L/s.m之間，僅可充做一般生活用水水源。
（三）井田主要隔水層
主要由本溪組鋁質(zhì)泥巖、泥巖及K1石英砂巖組成，隔水層全厚約76m左右，隔水性能良好，構(gòu)成奧灰含水層的直接頂板。切斷了奧灰水與煤系地層含水層之間的水力聯(lián)系。
各標(biāo)志層沉積穩(wěn)定，其間所夾的泥巖、頁(yè)巖層致密，沉積穩(wěn)定，構(gòu)造裂隙不發(fā)育，構(gòu)成各含水層間良好的隔水層。受其控制煤系地層間含水層均為層狀產(chǎn)出。
（四）構(gòu)造對(duì)水文地質(zhì)條件的影響
井田內(nèi)總體為一單斜構(gòu)造，局部發(fā)育有向、背斜構(gòu)造，井田北部發(fā)育有F1、F2兩條落差較小的斷層，均為地表調(diào)查及井巷開(kāi)拓揭露，據(jù)本礦開(kāi)采2號(hào)煤層井下調(diào)查，斷層帶無(wú)導(dǎo)水現(xiàn)象，故構(gòu)造對(duì)煤層開(kāi)采影響不大較小。
（五）地下水補(bǔ)、逕、排條件
井田內(nèi)地下水主要為石炭系上統(tǒng)太原組砂巖裂隙含水巖組、灰?guī)r巖浴水含水巖組及奧陶系灰?guī)r巖溶水含水巖組，井田處于地下水補(bǔ)給區(qū)。逕流方式多由巖層傾向方向流動(dòng)，排泄方式一是于地形低凹處以泉的形式排泄，另一方面由人工開(kāi)采形式排泄。
綜上所述，井田內(nèi)2、3號(hào)煤層西部區(qū)賦存在區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面之下，但礦區(qū)批采標(biāo)高849.99m，高于奧灰水水位755m，區(qū)內(nèi)以大氣降水為礦井充水的主要來(lái)源，坡陡、溝多，大氣降水大部分迅速排出區(qū)內(nèi)，井田總體為傾向北西的單斜構(gòu)造，不利于地下水的聚積，不排除局部聚水構(gòu)造存在。本礦現(xiàn)開(kāi)采2號(hào)煤層，礦井充水主要來(lái)自井硐及煤層頂板之上含水層，2、3號(hào)煤層西北方向底板最低標(biāo)高低于奧灰水水位，但不在批采范圍，故礦區(qū)內(nèi)開(kāi)采2、3號(hào)煤層現(xiàn)階段礦井水文地質(zhì)仍屬以裂隙充水為主、水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單類(lèi)型。總體分析，礦井突水事故對(duì)采掘影響不大。
二、目的和要求
1、目的：為了解決奧灰水對(duì)三水平下山采區(qū)的施工威脅，對(duì)該區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查與研究，獲得相關(guān)技術(shù)參數(shù)，為科學(xué)的指導(dǎo)該區(qū)安全生產(chǎn)提供依據(jù)，防止該區(qū)域的奧灰水突然涌出造成水患。
2、要求：按照《煤礦安全規(guī)程》、《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》、《礦井防治水條例》及公司文件要求進(jìn)行編制。
三、突水因素分析
采掘過(guò)程中，造成底板突水的因素是多方面的，是多種因素綜合作用的結(jié)果．根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)及有關(guān)理論分析，認(rèn)為影響底板突水的因素主要有以下幾個(gè)方面．
1.礦壓
采礦過(guò)程中的礦山壓力，對(duì)工作面底板具有嚴(yán)重的破壞作用，產(chǎn)生新裂隙，并“活化”原有斷裂，導(dǎo)致底板突水．
隨著采煤工作面的推進(jìn)，底板任一斷面總是經(jīng)歷超前支撐壓力壓縮破壞、采后懸頂卸壓膨脹破壞、采空區(qū)周邊剪切破壞、最后頂板冒落壓實(shí)的再受壓過(guò)程．其中采空區(qū)卸壓膨脹及其周邊剪切對(duì)底板破壞最嚴(yán)重，產(chǎn)生的裂隙最多．
礦壓對(duì)底板的破壞程度是不一樣的．根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，工作面初壓及周期來(lái)壓時(shí)頂板懸頂面積最大，工作面周?chē)后w的支撐壓力及煤壁處的剪切力達(dá)到最大值，煤層底板最易造成破壞，底板最易突水。礦壓對(duì)底板的破壞作用與工作面頂板巖性有關(guān)．工作面頂板巖層越不易冒落，礦壓對(duì)底板的破壞作用越明顯，工作面越易出水．礦壓的破壞作用不顯著，與底板出水不明顯．所以對(duì)頂板不易冒落的工作面要及時(shí)采取措施，減少礦壓的破壞作用．
2.斷裂
斷裂構(gòu)造是突水的主要因素之一，綜合分析其作用主要有：
(1)斷裂構(gòu)造的存在破壞了底板完整性，降低了底板的強(qiáng)度．
(2)斷層上下兩盤(pán)錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果，縮短了煤層與含水層的距離，甚至使煤層與含水層直接對(duì)口．
(3)斷裂帶破碎、軟弱，易形成導(dǎo)水通道．
(4)斷層帶充水成為充水帶，更使水文地質(zhì)條件復(fù)雜化．
一般情況下，在斷層交叉復(fù)合部位、尖滅端、拐彎處、向斜軸部、轉(zhuǎn)折端及隱伏裂隙存在的工作面因應(yīng)力集中，易造成底板破壞突水，是預(yù)防的重點(diǎn)．
3.隔水層
隔水層對(duì)突水起阻擋作用，其阻水能力是由其厚度、巖性組合及力學(xué)強(qiáng)度決定的．厚度越大，越不易出水．其巖性組合及力學(xué)強(qiáng)度是控制底板巖層受采動(dòng)影響的重要因素．當(dāng)煤層底板巖層軟硬相間時(shí)，不易形成裂隙；當(dāng)?shù)装鍘r層自近(煤層)而遠(yuǎn)，強(qiáng)度由弱到強(qiáng)時(shí)，巖層間易形成采動(dòng)裂隙。煤層到底板含水層之間的距離由采礦破壞深度、有效隔水層厚度及導(dǎo)高三部分組成(導(dǎo)高是承壓水沿煤層底板導(dǎo)水裂隙上升的高度)．起阻水作用的主要是有效隔水層厚度．如果礦壓對(duì)底板破壞深度大，導(dǎo)高又大，則有效隔水層厚度相對(duì)減小，工作面底板就容易出水．因而我們只有采取防治水措施，減少礦壓對(duì)底板的破壞深度，減小導(dǎo)高，才能增加有效隔水層厚度，預(yù)防出水。
4.含水層
含水層的富水性及水壓對(duì)工作面底板突水具有重要作用。含水層的富水性是突水大小的物質(zhì)基礎(chǔ)，它決定著突水后水害的規(guī)模及對(duì)礦井的威脅程度．富水性與其巖溶裂隙發(fā)育程度、逕流條件、構(gòu)造發(fā)育情況及埋藏深度等因素有關(guān)。
含水層的水壓是工作面底板突水的動(dòng)力，表現(xiàn)為靜水壓力及動(dòng)水壓力兩種形式．未突水前表現(xiàn)為靜水壓力，靜水壓力對(duì)隔水層裂隙具有頂劈擴(kuò)大作用，水壓愈高，作用愈顯著；出水后承壓水頭降低，含水層的水位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這是以動(dòng)水壓力為主．其作用主要表現(xiàn)在出水后，裂隙被沖刷擴(kuò)大，充填物質(zhì)不斷被帶走，通道越來(lái)越暢通，出水量越來(lái)越大。
綜上所述，造成工作面底板突水的因素很多，但概括起來(lái)主要有礦壓、斷裂、隔水層、含水層4個(gè)方面．針對(duì)以上突水因素，因地制宜，采取相應(yīng)的防治水措施，就能有效地預(yù)防出水．
五、 工作面底板突水防治
根據(jù)以上分析，結(jié)合礦區(qū)實(shí)際，我們認(rèn)為搞好底板突水防治主要從以下幾個(gè)方面入手．
1.采取措施，減少礦壓對(duì)底板的破壞作用
縮短工作面斜長(zhǎng)．工作面斜長(zhǎng)對(duì)底板的影響，實(shí)際上是礦壓對(duì)底板的破壞深度問(wèn)題．工作面斜長(zhǎng)越大，壓力越大，底板采動(dòng)破壞深度增加，工作面底板越易出水．據(jù)有關(guān)資料推導(dǎo)，工作面斜長(zhǎng)與底板破壞深度可用如下關(guān)系式表示
H=0.5L0.7
式中： H??采礦破壞深度，m； L??工作面斜長(zhǎng)，m．
根據(jù)我煤礦工作面斜長(zhǎng)與突水關(guān)系，我們認(rèn)為在不影響產(chǎn)量、回收率等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，受徐灰、奧灰水威脅的工作面斜長(zhǎng)應(yīng)不超過(guò)500 m．
2. 注漿改造是預(yù)防工作面突水的有效措施
該技術(shù)通過(guò)地面注漿站集中造漿、注漿，井下施工注漿孔向介于煤層和奧灰強(qiáng)含水層之間的薄層灰?guī)r(即徐灰)注漿，是預(yù)防突水的綜合防治水技術(shù)，注漿改造作用及特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)改變了含水層的富水性．在注漿壓力作用下，漿液沿裂隙擴(kuò)散、沉析、結(jié)石，使奧灰?guī)r溶裂隙基本上為粘土水泥漿充填，富水性大大減弱，甚至不含水．
(2)切斷奧灰與徐灰的補(bǔ)給通道．注漿過(guò)程中，在注漿壓力作用下，漿液沿徐灰與奧灰的聯(lián)系通道向下擴(kuò)散、沉析、縮小或堵塞通道斷面，減少或切斷了奧灰對(duì)徐灰的補(bǔ)給通道．
(3)加固了底板隔水層，提高其強(qiáng)度．
(4)注漿改造可消除導(dǎo)高，增加有效隔水層厚度．通過(guò)注漿改造，漿液能有效地充填含水層至隔水層的導(dǎo)水裂隙，消除導(dǎo)高，使原來(lái)含水、導(dǎo)水的裂隙帶變成純隔水層，增加了有效隔水層厚度，對(duì)預(yù)防出水極為有利．
3.預(yù)防斷裂出水
根據(jù)前面分析，斷裂是造成工作面底板突水的主要因素之一．“逢突必?cái)?rdquo;已成為人們的共識(shí)．預(yù)防斷裂出水是礦井防治水工作的主要內(nèi)容之一．具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
(1)全面分析區(qū)域構(gòu)造特征，研究斷裂展布規(guī)律．根據(jù)每個(gè)面的巷道揭露情況及鉆探資料，查明工作面斷裂分布情況，為預(yù)防斷裂出水提供依據(jù)．
(2)按規(guī)定留設(shè)斷層煤柱，特別對(duì)于可能導(dǎo)水?dāng)鄬樱瑒t需按規(guī)定留足防水煤柱．
(3)分析斷裂性質(zhì)及力學(xué)特點(diǎn)，屬于張性導(dǎo)水?dāng)嗔眩谙锏来┻^(guò)前，要按規(guī)定提前探查并進(jìn)行注漿加固，達(dá)到預(yù)期效果．否則不能直接揭露．
(4)對(duì)斷層交叉點(diǎn)、尖滅端、褶曲軸部等構(gòu)造發(fā)育地段要重點(diǎn)加固防治，預(yù)防工作面在回采過(guò)程中出水．
(5)巷道穿過(guò)斷層帶時(shí)，要加強(qiáng)支護(hù)，以防滯后出水．
(6)認(rèn)真研究滑動(dòng)構(gòu)造特點(diǎn)，滑動(dòng)構(gòu)造易形成“層狀”充水帶，對(duì)底板威脅面大．要及時(shí)分析資料，對(duì)滑動(dòng)構(gòu)造明顯的地段要重點(diǎn)防治．
4.疏水降壓
水壓是造成工作面出水的重要因素，通過(guò)疏水降壓可以降低水頭壓力，減少水壓對(duì)底板的“頂劈”作用，預(yù)防出水．
四、探放水鉆孔設(shè)計(jì)
一、探水線、鉆孔深度、孔徑
為了落實(shí)好“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有掘必探，先探后掘、先治后采”的原則，確保安全掘進(jìn)，確定工作面迎頭為探水線，首先采用高分辨電法儀進(jìn)行超前探測(cè)，探測(cè)深度不小于90米，根據(jù)每次探測(cè)結(jié)果分析確定重點(diǎn)防治區(qū)域，同時(shí)利用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證無(wú)異常時(shí)鉆孔孔深60米，鉆孔超前距30米，幫距為20米，每打一次鉆可向前掘進(jìn)30米。防治水設(shè)備采用高分辨電法儀進(jìn)行超前探測(cè)，推斷重點(diǎn)防治水區(qū)域。探水采用ZYJ-380/210架柱式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，鉆桿Φ=79?L，孔徑為79mm。
二、鉆孔數(shù)目及布置方案
結(jié)合高分辨電法儀超前探測(cè)和三下山擴(kuò)區(qū)運(yùn)輸巷掘進(jìn)情況分析 ，掘進(jìn)中每組探水鉆進(jìn)3個(gè)探眼。呈左1、中1、右1扇形布置，探眼距煤層底板1米處水平鉆進(jìn)，探眼鉆孔依次為角度依次為為0-20度。根據(jù)電法儀電測(cè)結(jié)果，特殊情況時(shí)進(jìn)行加密布置探眼。
五、安全措施
1、探水工作必須嚴(yán)格執(zhí)行 “有掘必探，先探后掘”的原則。技術(shù)人員要根據(jù)礦圖資料進(jìn)行水情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和充水條件分析。提出合理有效建議，并且報(bào)調(diào)度室及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審批。
2、掘進(jìn)工作面在開(kāi)工前要備好堵水材料，存放在掘進(jìn)頭碼放整齊，并且必須配備一臺(tái)完好的探水鉆和一臺(tái)多級(jí)泵，保證排水管路暢通。
3、為了確切掌握探眼的覆蓋面積符合要求，探水工作每班由生產(chǎn)技術(shù)科派技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)，班長(zhǎng)負(fù)責(zé)落實(shí)，安全員、瓦檢員負(fù)責(zé)監(jiān)督。
4、每次探水前瓦斯員必須先檢查瓦斯和通風(fēng)情況，安全員檢查頂板和煤幫，技術(shù)員標(biāo)定探眼位置，確認(rèn)一切正常后報(bào)當(dāng)班班長(zhǎng)。
5、當(dāng)班班長(zhǎng)接到技術(shù)員、安全員和瓦檢員通知后，再認(rèn)真檢查巷道行人是否暢通、排水設(shè)備及系統(tǒng)是否可靠，確認(rèn)一切正常后電話匯報(bào)調(diào)度室，經(jīng)調(diào)度室同意后方可開(kāi)始探水工作。
6、探水人員在探水過(guò)程中要嚴(yán)格執(zhí)行探放水操作規(guī)程。
7、探水鉆進(jìn)必須有一名跟班領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督執(zhí)行，遇到問(wèn)題及時(shí)處理。
8、每次探水完畢后，當(dāng)班技術(shù)員必須將探水情況及時(shí)匯報(bào)礦調(diào)度室和探水隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)，同時(shí)將探水鉆孔布置圖交探水隊(duì)備案存檔，探眼由驗(yàn)收員驗(yàn)收合格后方能進(jìn)行掘進(jìn)。
9、巷道掘進(jìn)到允許掘進(jìn)位置時(shí)必須停止掘進(jìn)，進(jìn)行探水，安全員要及時(shí)向調(diào)度室和安全科匯報(bào)探眼深度和當(dāng)班掘進(jìn)進(jìn)尺，并認(rèn)真填寫(xiě)探水記錄牌板。調(diào)度室和安全科要對(duì)匯報(bào)清況記錄備案。
10.探水鉆進(jìn)時(shí)發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來(lái)壓或者鉆眼中水壓、水量突然增大和頂鉆等透水征兆時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即停止鉆進(jìn)，嚴(yán)禁拔出鉆桿。由跟班領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)向調(diào)度室匯報(bào)，調(diào)度室召集有關(guān)科室及主管領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行分析并制定方案。
11、安全員、瓦檢員要隨時(shí)檢查探眼，隨工作面前掘探眼暴露在巷道煤幫時(shí)，無(wú)異常情況要及時(shí)采用水泥、砂漿進(jìn)行封堵，以防有毒有害氣體涌出。
12、所有作業(yè)人員包括隊(duì)長(zhǎng)、安全員、瓦檢員都必須現(xiàn)場(chǎng)交接班，并將當(dāng)班存在問(wèn)題及處理結(jié)果記錄在交班記錄本上。
13、安全員當(dāng)班隊(duì)長(zhǎng)在交接班時(shí)必須把當(dāng)班掘進(jìn)長(zhǎng)度、剩余掘進(jìn)長(zhǎng)度交接清楚，以保證安全距離不小于30米。
14、在探水點(diǎn)附近要安設(shè)電話和報(bào)警裝置，遇到水情及時(shí)向調(diào)度室匯報(bào)。
15、在探水施工中，遇到含水層、斷層、陷落柱和積水區(qū)之前，應(yīng)停止鉆進(jìn)，安好防水閘門(mén)后再繼續(xù)鉆進(jìn)。
16、及時(shí)清理好巷道，保證安全撤離路線暢通無(wú)阻。
17、根據(jù)工作面探水情況，探水鉆孔可兼作放水孔。如探至水量較大或有其他水體時(shí)要編制放水措施，進(jìn)行放水作業(yè)。
18、施工地點(diǎn)避災(zāi)路線：三下山擴(kuò)區(qū)運(yùn)輸巷→西大巷進(jìn)風(fēng)巷→副平硐運(yùn)輸大巷→地面
2011年3月
