7.3.1 研究区地质概况
新桥煤矿位于河南省永城市西南16km处的新桥镇、马桥镇和双桥镇的交界处。新桥煤矿地处中纬度季风气候区，年平均气温14.3℃，年平均降雨量为850.65mm，1963年至2017年最大降水量为1518.6mm（1963年），最小为543.7mm（2011年）。每年超过50%的大气降水是在7月和8月。矿井开采通常在海平面以下300m至1000m的深度进行。本次研究区选择了新桥煤矿2103工作面，如图7-14所示，该工作面位于南一采区南翼，位于新庄西部、何庄东部，地面多是良田，无村庄房屋。工作面东部为F14断层保护煤柱，西部为2101工作面（已采），南部为F14断层保护煤柱，北部为南一采区轨道运输上山保护煤柱。工作面平均走向长1083.5m，倾斜长度为87.3～190.5m，标高为－396.3～－547m。二2煤结构较简单，煤层厚度最小0.2m，最大5.0m，平均2.92m，煤层倾角4°～12°，平均7°，为较稳定煤层。南一采区回采工作面的主要充水水源是二2煤层顶板砂岩裂隙水、太原群上段灰岩岩溶裂隙水、工程用水（供水水源为太原群上段灰岩水）。
二2煤层顶板砂岩裂隙水，该含水层为弱含水层，以静储量为主，涌水相对有限，在断层发育处，小断裂构造发育有顶板滴淋水或渗水现象。2103工作面掘进期间显示局部二2煤层顶底板裂隙发育，掘进顶板滴淋水现象明显，其涌水量为2～5m3/h。
图7-14 2103工作面位置图
按照“预测预报、探查先行，排查会诊、系统完善，超前治理、综合防治，分类评价、消灾采掘”的防治水模式，结合“立足采面，探查先行，以堵为主，疏堵结合，分类治理，综合防治”的防治水方针，2103工作面顶板砂岩水，因其钻探探测与疏放的难度，其钻探疏放效果较差，故采取“以疏为主，以排为辅”的工程防治技术措施。采掘揭露煤层顶板砂岩含水层的含（导）水裂隙后，含水层的涌水自动疏放流出，且能顺巷道水沟自流。
太原群上段灰岩水含水层位于二2煤层底板以下47.53m深度，在掘进期间对太原群上段灰岩水扰动有限，其原始隔水层能够起到良好的隔水性能，太原群上段灰岩水对掘进没有影响。按照“防、堵、疏、排、截”综合防治措施，寻求针对太原群上段灰岩水采取“以堵为主，以排为辅”的具体安全对策。即在掘进期间施工钻探、注浆钻孔，先探测后注浆封堵，将煤层底板至L10灰岩顶界面全部改造为相对隔水层；在回采期间构建完善的排水系统，做好回采期间的安全防范，以防患于未然。
太原群上段灰岩水，该含水层平均厚约13.58m，该含水层为较强含水层，无论是静储量还是动储量，赋存均较丰富，补给充沛；且地层层位稳定，岩溶裂隙较为发育，水蚀现象明显。水质类型为SO4-NaCa型，属中等含水层。因此太原组上部煤层开采时，岩溶含水层中的承压水威胁着工作面的安全。二2煤层底板下承压灰岩含水层水压大于4.75MPa。
煤层底板破坏带随看开采的推进而不断发展，隔水层厚度减小。如图7-15所示，在可开采的二2煤层下面有三个岩溶含水层。本次额外考虑了水泥浆的注浆量对岩溶含水层富水性的影响。图7-16显示了为加固岩溶含水层而进行注浆的94个钻孔。在钻探注浆过程中，测定了L10、L11和L12含水层注浆过程中的涌水量和注浆量。本研究以岩溶含水层钻孔注浆的涌水量和注浆量为变量，根据地质、水文地质、工程地质条件和开采条件，对岩溶地层和孔隙结构的加固程度进行定量化描述。表7-8列出了影响岩溶含水层采动突水的10个扩展准则。表7-9列出了各含水层涌水量和注浆量。
图7-15 2103工作面地质剖面图(https://www.daowen.com)
图7-16 2103工作面注浆钻孔分布
表7-8 岩溶含水层突水危险性决策准则
表7-9 岩溶含水层注浆过程中的涌水量和注浆量
本工作面地质构造条件简单，三维地震勘探和掘进共揭露13条断层，其中轨道顺槽揭露1条落差为4.3m的逆断层，对回采有一定的影响；初步分析判定原断层F1-01-4与F1-03-P4为同一断层；另有轨顺揭露1条落差为4.3m的逆断层，对回采有一定的影响；工作面内部有一条物探断层掘进期间未揭露，落差为0～2m，对回采影响较小；其他均是小断层，对回采影响不大；轨顺与皮顺均有薄煤带，对回采影响较大。所有揭露的断层均不含水或不导水，但不排除受采动影响而活化突水的可能；这些断裂构造均对回采有不同程度的影响。其断层参数详见表7-10。
表7-10 2103工作面断裂构造参数
