新田煤礦在喀斯特地貌區(qū)域建井綜合防治水技術(shù)研究

邢松戰(zhàn)

（河南煤業(yè)化工集團(tuán)永貴能源開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司新田煤礦，貴州 畢節(jié) 551500）

1 水紋地質(zhì)概況

新田礦井采用斜井單水平開(kāi)拓方式，初期設(shè)主、副、回風(fēng)斜井3個(gè)井筒，其中主斜井井口標(biāo)高+1234m，井筒傾角14°45′，斜長(zhǎng)1467m；副斜井井口標(biāo)高+1234m，井筒傾角17°30′，斜長(zhǎng)1235m；回風(fēng)斜井井口標(biāo)高+1271m，井筒傾角20°，斜長(zhǎng)1181m。井筒在施工過(guò)程中穿過(guò)的地層有九級(jí)灘段（上亞、中亞、下亞段）、玉龍山段（上亞、下亞段）、沙堡灣段、長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M上段。根據(jù)井田地質(zhì)報(bào)告和施工的井筒檢查孔所提供的地質(zhì)資料，三條井筒穿過(guò)的主要含水層有九級(jí)灘中亞段T1y2、玉龍山段T1y2-2、長(zhǎng)興組P2c及F5斷層。

2 探水方案

2.1 瞬變電磁法探測(cè)

2.1.1 瞬變電磁法(Transient Electromagnetic Methods)，又稱時(shí)間域電磁法(Time Domain Electromagnetic Methods)，簡(jiǎn)稱TEM或TDEM，它是利用不接地回線或接地線源（電極）向地下發(fā)送一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)的間歇期間，利用線圈或接地線源（電極）觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法。該方法是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展得較快、地質(zhì)效果較好的一種電法勘探分支方法。它與其它測(cè)深方法相比，具有探測(cè)深度大、信息豐富、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。特別是對(duì)探測(cè)高阻覆蓋層下的良導(dǎo)電地質(zhì)體取得了顯著的地質(zhì)效果。

2.1.2 瞬變電磁法探測(cè)原理

礦井瞬變電磁采用同地面瞬變電磁法相同的工作原理，但是又區(qū)別與地面瞬變電磁法勘探，由于賦煤巖系成層分布，各巖層電阻率不同，當(dāng)前采用的裝置形式在井下巷道空間中進(jìn)行超前探測(cè)時(shí)，線圈與巖層的耦合方式發(fā)生改變，由原來(lái)的平行層理變成垂直層理（圖1），進(jìn)而一次場(chǎng)的激發(fā)方式由原來(lái)的垂直層理變成平行層理，一次場(chǎng)激發(fā)方式的改變帶來(lái)瞬變場(chǎng)分布與擴(kuò)散方式的改變。因此，建立于垂直層理激發(fā)方式的瞬變電磁場(chǎng)傳播的基本理論不再適用于瞬變電磁超前探測(cè)技術(shù)，在數(shù)據(jù)的采集與處理時(shí)應(yīng)采取平行層理?xiàng)l件下的相關(guān)理論，將發(fā)射線框置于掌子面，其發(fā)射源激勵(lì)下的渦流場(chǎng)在不同巖層中傳播，形成的二次場(chǎng)又會(huì)被置于掌子面的接收裝置以感應(yīng)電位的形式所接收，通過(guò)觀測(cè)感應(yīng)電位的變化，從而推測(cè)掌子面前方電性的變化。現(xiàn)場(chǎng)勘探見(jiàn)圖2。

圖1 超前探測(cè)耦合示意圖

2.1.3 瞬變電磁法探測(cè)在新田煤礦的應(yīng)用

2009年6月25日，在新田礦井回風(fēng)斜井498m迎頭進(jìn)行了超前探測(cè)。本次探測(cè)采用的是邊長(zhǎng)2m的多匝方形重疊回線裝置，測(cè)量控制在10m左右。根據(jù)物探與實(shí)際情況分析，巷道前方0-15m為破碎帶證實(shí)與實(shí)際揭露情況相符，該段為相對(duì)含水層，為巷道注漿堵水及下一步掘進(jìn)提供了可靠依據(jù)。

2.2 便攜式礦井地質(zhì)探測(cè)儀探測(cè)

2.2.1 重點(diǎn)解決問(wèn)題

1）頂?shù)装迕汉窦扒胺綐?gòu)造實(shí)時(shí)剖面；2）工作面內(nèi)斷層及隱伏構(gòu)造探測(cè)；3）陷落柱探測(cè)；4）巷道獨(dú)頭超前探測(cè)；5）老空探測(cè)；6）基巖界面及起伏形態(tài)探測(cè)；7）巖層探煤層；8）巖漿侵入體

2.2.2 探測(cè)原理

單點(diǎn)探測(cè)原理。單點(diǎn)探測(cè)技術(shù)是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，即反射波中偏移距為零的垂直反射形式。它是通過(guò)接收巖、煤層界面的地震波垂直反射信號(hào)，來(lái)解析計(jì)算目的層距離或厚度的。由反射波時(shí)距曲線方程：4h2+x2=v2t2，令 x=0，則 h=vt/2。式中時(shí)間t可由波形記錄上判讀，波速 須是一已知數(shù)，其取值準(zhǔn)確與否，直接影響到目的層距離或厚度探測(cè)的精度。一般來(lái)說(shuō)，在一定的探測(cè)區(qū)域內(nèi)，巖、煤層的垂向波速都較穩(wěn)定，探測(cè)時(shí)可作波速調(diào)查，弄清各層波速分布狀況，為探測(cè)解析提供依據(jù)。

2.2.3 探測(cè)方法

反射共偏移法。反射共偏移探測(cè)技術(shù)是依據(jù)反射波勘探原理，在單邊排列分析基礎(chǔ)上選定最佳偏移距，采用多次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。探測(cè)時(shí)，首先針對(duì)測(cè)試區(qū)域地震地質(zhì)條件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噪聲調(diào)查，對(duì)排列記錄分析對(duì)比，確定最佳共偏移接收窗口以及窗口內(nèi)的檢波器間距，并按一定的步距同步前移完成探測(cè)任務(wù)。只要地質(zhì)體中存在波阻抗差異，如地質(zhì)界面，就會(huì)產(chǎn)生反射回波，且反射能量受界面特性控制，這是進(jìn)行地質(zhì)體分辨的前提。通常在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中，常用密集型單道共偏移數(shù)據(jù)解決實(shí)際問(wèn)題，能滿足現(xiàn)場(chǎng)的需要。它在對(duì)地質(zhì)體連續(xù)追蹤與調(diào)查中發(fā)揮著重要的作用。

2.2.4 便攜式礦井地質(zhì)探測(cè)儀在新田礦的應(yīng)用

圖2 掌子面的現(xiàn)場(chǎng)勘探原理圖

2009年6月21日，在新田礦井副斜井701米處迎頭進(jìn)行了超前探測(cè)，本次采用反射共偏移探測(cè)方法，。根據(jù)波形分析，副斜井701m工作面迎頭前方7-35m之間波形異常推斷為裂隙構(gòu)造發(fā)育的破碎帶，另在右?guī)?5-50m之間波形也發(fā)生變形，推斷為破碎帶，總體趨勢(shì)為從左幫向右?guī)桶l(fā)育的構(gòu)造帶根據(jù)物探與實(shí)際情況分析，巷道實(shí)際揭露情況與物探結(jié)果相符，證明在我礦進(jìn)行構(gòu)造探測(cè)時(shí)利用儀器的單點(diǎn)和反射共偏移法是較為合理的。

2.2.5 掛耳式鉆場(chǎng)施工探測(cè)鉆孔

回風(fēng)斜井在后巷474m處巷道右?guī)痛蛞粋€(gè)鉆場(chǎng)，同時(shí)在467.1m處巷道左幫打一個(gè)鉆場(chǎng)，使用大功率深孔鉆機(jī)探水，基本不影響掘進(jìn)施工。

3 堵水方案

巨厚石灰?guī)r巖（隙）溶承壓含水層段，它具有厚度大，溶洞發(fā)育不規(guī)則，體積大小不均，巖溶裂隙寬窄不一等因素的特殊含水構(gòu)造，并具備富水性好，水力通道暢通，補(bǔ)給充分，水頭壓力高，以及地面特殊的喀斯特地貌，大氣降水直接補(bǔ)給地下水的水文地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)，加之石灰?guī)r致密、硬度大、強(qiáng)度高等特征，使石灰?guī)r含水層形成具備為特殊的含水巖體，特殊的含水構(gòu)造，特殊的水文地質(zhì)條件，使井筒施工中極易發(fā)生工作面突涌水，使施工速度、質(zhì)量無(wú)法保證。為此，在防治水方面，注漿堵水少孔布置易漏掉部分含水構(gòu)造而達(dá)不到封水目的，多孔布置造成防治水工期長(zhǎng)等因素。

4 結(jié)束語(yǔ)

本方案直接實(shí)施在井筒周圍，對(duì)井筒四周進(jìn)行帷幕加固，起到加固巷道周邊圍巖的作用，節(jié)約了大量注漿費(fèi)用及縮短了施工工期，不僅為新田煤礦井筒安全掘進(jìn)與水害防治提供技術(shù)保障，同時(shí)，也可應(yīng)用于類似水文地質(zhì)條件下其它礦區(qū)或礦井的水害防治。對(duì)貴州省乃至我國(guó)南方喀斯特區(qū)類似條件下的煤礦水害防治都具有十分重要的參考意義。

[1]俞志新,叢振,朱學(xué)軍.礦井防治水安全技術(shù)探討.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版2002-06-25